FI114173B - Menetelmä elektroniikkalaitteen sijainnin määrittämiseksi, järjestelmä ja elektroniikkalaite - Google Patents

Description

11417,2

Menetelmä elektroniikkalaitteen sijainnin määrittämiseksi, järjestelmä ja elektroniikkalaite 5 Nyt esillä oleva keksintö kohdistuu menetelmään elektroniikkalaitteen sijainnin määrittämiseksi sijainninmääritysjärjestelmän satelliittien avulla, jossa määritetään satelliittien ratatietoja, valitaan yhden satelliitin signaali vastaanotettavaksi, selvitetään valitun satelliitin signaalista tahdistusinformaatiota, ja määritetään elektroniikkalaitteen oletus-10 sijainti. Keksintö kohdistuu lisäksi järjestelmään, jossa on välineet elektroniikkalaitteen sijainnin määrittämiseksi sijainninmääritysjärjestelmän satelliittien lähettämien koodimoduloitujen signaalien avulla, jossa sijainninmääritysjärjestelmässä on määritetty satelliittien ratatietoja, ja joka järjestelmä käsittää välineet yhden satelliitin signaalin valitse-15 miseksi vastaanotettavaksi, välineet tahdistusinformaation selvittämiseksi valitun satelliitin signaalista, välineet elektroniikkalaitteen oletussijainnin määrittämiseksi, jossa elektroniikkalaitteessa on välineet sijainninmääritysjärjestelmän satelliittien lähettämien koodimoduloitujen signaalien vastaanottamiseksi. Keksintö kohdistuu vielä elektroniikka-20 laitteeseen, joka käsittää välineet yhden satelliitin signaalin valitsemiseksi vastaanotettavaksi, välineet tahdistusinformaation selvittä-miseksi valitun satelliitin signaalista, välineet sijainnin määrittämiseksi Λ ; sijainninmääritysjärjestelmän satelliittien lähettämien koodimoduloitujen signaalien avulla, jossa sijainninmääritysjärjestelmässä on määritetty 25 satelliittien ratatietoja, ja joka elektroniikkalaite käsittää välineet elekt-*;·.* roniikkalaitteen oletussijainnin määrittämiseksi, ja välineet sijainnin- määritysjärjestelmän satelliittien lähettämien koodimoduloitujen signaa-:...: lien vastaanottamiseksi.

30 Tyypillisesti GPS-järjestelmää hyödyntävät sijainninmääritysvastaanot-timet pyrkivät vastaanottamaan vähintään neljän eri satelliitin signaalia, joiden perusteella sijainninmääritysvastaanottimessa lasketaan sijain-ninmääritysvastaanottimen sijainti (x-, y- ja z-koordinaatit) sekä GPS-·;·* järjestelmän aikatieto. Sijainninmääritys suoritetaan mm. siinä vaihees- ·: ·: 35 sa kun sijainninmääritysvastaanotin kytketään päälle. Neljän eri satel- ·:··· liittisignaalin vastaanottaminen vie runsaasti aikaa, koska sijainninmää- ritysvastaanottimen on suoritettava tahdistuminen kuhunkin vastaan- 2 114173 otettavaan signaaliin. Tahdistumisen suorittamiseksi ja satelliittien signaalin vastaanottamiseksi on tunnetun tekniikan mukaisessa sijainnin-määritysvastaanottimessa selvitettävä kunkin vastaanotettavan signaalin numero, Doppler-taajuus sekä koodivaihe ennen kuin signaalia voi-5 daan vastaanottaa. Tämän vaiheen vaatimien toimenpiteiden määrää voidaan arvioida järjestelmään kuuluvien satelliittien lukumäärän, Doppler-taajuuden vaihteluiden ja eri koodivaiheiden lukumäärän avulla. Esimerkiksi jos oletetaan, että satelliittipaikannusjärjestelmässä on 32 satelliittia, että Doppler-taajuuksia etsitään 21 :ltä eri taajuusvä-10 liitä ja mahdollisia eri koodivaiheita on 1023 ja käytetään 1/2-alibitin (chip) resoluutiota, saadaan näiden lukuarvojen tulona käsitys ongelman laajuudesta. Edellä esitetyillä luvuilla kyseessä on luokkaa 1 300 000 (=32 x 21 x 2046) eri kombinaatiota yhden satelliitin signaaliin tahdistumiseksi. Edellä esitetyt lukuarvot vastaavat hyvin 15 tilannetta nyt käytössä olevassa GPS-järjestelmässä.

Edellä esitettyä tilannetta helpottaa joissakin tapauksissa se, että si-jainninmääritysvastaanotin on aikaisemmin vastaanottanut satelliittien signaalia ja sijainninmääritysvastaanottimella on jonkinlainen käsitys 20 omasta sijainnistaan sekä satelliittien ratatietoa. Tällöin oletussijaintina voidaan käyttää jotakin aikaisemmin määritettyä sijaintia. Kun sijain-ninmääritysvastaanottimessa on jonkinlainen aikatieto, sijaintitieto sekä ,!t . satelliittien ratatietoa, voidaan laskennallisesti arvioida satelliittien suuntakulmia sijainninmääritysvastaanottimeen nähden ja rajoittaa tä-25 män perusteella tahdistuminen suoritettavaksi vain sellaisten satelliit-’··; tien signaaleihin, jotka laskennan perusteella ovat horisontin yläpuo- :. i lella sijainninmääritysvastaanottimen sen hetkiseen sijaintiin nähden.

Kun vielä oletetaan, että sijainninmääritysvastaanotin on paikoillaan tai liikkuu hitaasti satelliittien liikkeeseen verrattuna, voidaan suoraan ;:· 30 edenneen signaalin (Line of Sight) Doppler-taajuuden hakualuetta vielä rajata.

Sijainninmääritysvastaanottimella ei kuitenkaan välttämättä ole tarkkaa ’·; ’ GPS-järjestelmän aikatietoa, joten sijainninmääritysvastaanotin ei pysty ·:·** 35 arvioimaan satelliittien sijaintia kovinkaan tarkasti.

> * * * I

114175 3

Kuitenkin koodivaiheiden etsintäalueen rajaamiseksi sijainninmääritys-vastaanottimessa täytyy olla tiedossa kellonaika hyvin tarkasti, koska yhden alibitin pituus on hyvin lyhyt. Esimerkiksi GPS-järjestelmässä yksi alibitti on n. 0,98 με ja koodin toistoväli on n. 1 ms. Tavanomaisilla 5 sijainninmääritysvastaanottimissa käytettävillä reaaliaikakelloilla (RTC, Real Time Clock) ei tällaisiin tarkkuuksiin päästä. Tämän vuoksi tavanomaisissa sijainninmääritysvastaanottimissa sellaisten satelliittisignaa-lien koodivaiheiden arviointi, joihin tahdistumista ei ole suoritettu, voidaan suorittaa vasta siinä vaiheessa kun tahdistuminen on saatu suo-10 ritettua vähintään neljän eri satelliitin signaaliin ja näiden signaalien perusteella on määritetty sijainninmääritysvastaanottimen sijainti ja järjestelmän aikatieto. Tavanomaisissa tunnetun tekniikan mukaisissa sijainninmääritysvastaanottimissa suoritetaan neljään signaaliin tahdistuminen ilman tietoa koodivaiheesta ja suoritetaan sijainnin sekä 15 aikatiedon määrittäminen. Vasta sen jälkeen kun nämä neljä eri signaalia on löydetty ja vastaanotettu ja niiden perusteella selvitetty järjestelmän aikatieto ja sijainninmääritysvastaanottimen sijainti jollakin tarkkuudella, suoritetaan muiden satelliittien signaalien etsiminen ja niihin tahdistuminen käyttämällä koodivaihetietoa hyväksi. Näiden sa-20 telliittien perusteella selvitettävää informaatiota voidaan käyttää sijain-ninmääritystarkkuuden parantamiseen. Tämä neljään eri satelliittisig-·. naaliin tahdistuminen vie runsaasti aikaa erityisesti signaalien ollessa : heikkoja. Käytännössä tahdistumiseen kuluva aika voi tällöin olla useita kymmeniä minuutteja, jopa useita tunteja, mikä useissa käytännön so-25 velluksissa merkitsee sitä, että sijainninmääritysvastaanotinta ei voida • · ';·** käyttää. Erityisesti sisätiloissa signaalien voimakkuus voi olla niin heikko, että tahdistuminen ei ole mahdollista ja sijainninmääritys ei on-nistu.

;:· 30 GPS-satelliittijärjestelmässä on käytössä kaksi ratatietoa (ephemeris ja almanac), joista tarkempi on ephemeris. Ephemeris-ratatiedon ,,\ tarkkuus on alle metri, kun taas almanac-ratatieto kertoo satelliittien sijainnin n. 0—3 km tarkkuudella. Jokainen satelliitti lähettää vain oman '·;·* ephemeris-ratatietonsa, mutta almanac-ratatieto lähetetään kaikille ·:··: 35 satelliiteille.

114175 4

Nyt esillä olevan keksinnön eräänä tarkoituksena on aikaansaada menetelmä sijainninmääritysvastaanottimen sijainninmäärityksen nopeuttamiseen, sijainninmääritysjärjestelmä sekä elektroniikkalaite. Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että elektroniikkalaitteen sijainninmääritys-5 vastaanottimessa suoritetaan tahdistuminen yhteen satelliitin signaaliin käyttämällä elektroniikkalaitteen oletussijaintina jotakin tunnettua sijaintia, joka on suhteellisen lähellä elektroniikkalaitteen kulloistakin sijaintia. Keksinnön eräässä edullisessa suoritusmuodossa tämä oletus-sijainti on matkaviestinverkon tukiaseman tunnettu sijainti. Tämän ole-10 tussijainnin ja yhden satelliitin signaalin perusteella saadaan muodostettua suhteellisen tarkka arvio järjestelmän aikatiedosta, jolloin tätä aikatietoa käytetään yhden tai useamman muun satelliitin signaaleissa koodivaiheen arvioimisessa. Kun koodivaihe on muutaman alibitin tarkkuudella tiedossa, voidaan satelliittien signaalit löytää helpommin 15 kuin etsimällä kaikista mahdollisista eri koodivaiheista. Täsmällisemmin ilmaistuna nyt esillä olevalle keksinnölle on pääasiassa tunnusomaista se, että menetelmässä suoritetaan ainakin: määritysvaihe ensimmäisen aikatietoarvion määrittämiseksi mainittua satelliittien ratatietoa, valitun satelliitin signaalin tahdistus-20 informaatiota ja elektroniikkalaitteen oletussijaintia käyttäen, laskentavaihe arvion satelliitin signaalin koodivaiheesta laskemi-seksi mainitun aikatietoarvion, oletussijainnin ja satelliitin rata-. , : tietojen perusteella, ja - etsimisvaihe, jossa vastaanotetaan sijainninmääritysjärjestelmän 25 satelliittien lähettämää koodimoduloitua signaalia ainakin yhden ';··* satelliitin signaalin etsimiseksi ja signaaliin tahdistumiseksi *· ': käyttämällä mainittua arviota koodivaiheesta.

• *»

Nyt esillä olevan keksinnön mukaiselle järjestelmälle on pääasiassa ,(;:* 30 tunnusomaista se, että järjestelmä käsittää: - välineet ensimmäisen aikatietoarvion määrittämiseksi mainittua I t t satelliittien ratatietoa, valitun satelliitin signaalin tahdistus-informaatiota ja elektroniikkalaitteen oletussijaintia käyttäen, **;* - välineet arvion satelliitin signaalin koodivaiheesta laskemiseksi ·:·: 35 mainitun aikatietoarvion, oletussijainnin ja satelliitin ratatietojen ·:··· perusteella, ja 5 114176 välineet ainakin yhden satelliitin signaalin etsimiseksi ja signaaliin tahdistumiseksi käyttämällä mainittua arviota koodivaiheesta.

Nyt esillä olevan keksinnön mukaiselle elektroniikkalaitteelle on vielä 5 pääasiassa tunnusomaista se, että elektroniikkalaite käsittää: välineet ensimmäisen aikatietoarvion määrittämiseksi mainittua satelliittien ratatietoa, valitun satelliitin signaalin tahdistus-informaatiota ja elektroniikkalaitteen oletussijaintia käyttäen, välineet arvion satelliitin signaalin koodivaiheesta laskemiseksi 10 mainitun aikatietoarvion, oletussijainnin ja satelliitin ratatietojen perusteella, ja välineet ainakin yhden satelliitin signaalin etsimiseksi ja signaaliin tahdistumiseksi käyttämällä mainittua arviota koodivaiheesta.

15 Nyt esillä olevalla keksinnöllä saavutetaan merkittäviä etuja tunnetun tekniikan mukaisiin ratkaisuihin verrattuna. Keksinnön mukaista menetelmää sovellettaessa voidaan sijainninmäärityksessä käytettävien satelliittien signaaleihin tahdistumista nopeuttaa merkittävästi, koska menetelmällä saadaan koodivaiheen arviossa oleva epätarkkuus ra-20 jattua muutamaan alibittiin sen jälkeen kun aikatieto on oletussijainnin ja yhden satelliitin signaalin avulla saatu selvitettyä suhteellisen tarkas-.· *. ti. Tällöin menetelmällä saavutetaan helposti sijainninmäärityksessä : jopa nelinkertainen nopeus tunnetun tekniikan mukaisiin vastaanotti- miin verrattuna. Toisaalta menetelmän avulla voidaan tarkkuuden pa-25 rantamiseksi pidentää satelliitin signaaliin tahdistumisaikaa jopa nelin- • | ';*[ kertaiseksi ja silti sijainninmääritys on suoritettavissa yhtä nopeasti kuin '·*: tunnetun tekniikan mukaisilla sijainninmääritysvastaanottimilla. Nope- asta sijainninmäärityksestä on mm. se etu, että sijainninmääritysvas-taanottimen päälläoloaikaa voidaan lyhentää ja näin vähentää sijain-, 30 ninmääritysvastaanottimen tehonkulutusta, mikä on edullista erityisesti kannettavissa laitteissa.

Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin viitaten samalla oheisiin '··/ piirustuksiin, joissa *: * i 35 :··* kuva 1 esittää keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukai sen menetelmän toimintaa pelkistettynä vuokaaviona, 114175 6 kuva 2 esittää satelliitin ja vastaanottimen välisen etäisyyden virhettä satelliitin suuntakulman ja korotuskulman funktiona, kun oletussijainnin ja vastaanottimen todellisen sijainnin 5 välinen horisontaalietäisyys on n. 5 km, kuva 3 esittää tilannetta, jossa menetelmää sovelletaan, ja kuva 4 esittää keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaista 10 sijainninmääritysvastaanotinta pelkistettynä lohkokaaviona.

Seuraavassa keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisen menetelmän kuvauksessa käytetään esimerkkinä GPS-satelliittipaikan-nusjärjestelmää, mutta on selvää, että keksintöä ei ole rajoitettu aino-15 astaan tässä järjestelmässä käytettäväksi. Kuvassa 3 on esitetty eräs esimerkkitilanne keksinnön soveltamisesta ja kuvassa 4 on esitetty keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaista elektroniikkalaitetta 1 pelkistettynä lohkokaaviona. Elektroniikkalaitteessa 1 on mm. sijainninmääritysvastaanotin 2 sekä tiedonsiirtovälineet 3, kuten mat-20 kaviestinvälineet. Näiden tiedonsiirtovälineiden 3 avulla elektroniikka-laite 1 voi tarvittaessa kommunikoida tiedonsiirtoverkon 4, kuten mat-, . kaviestinverkon, kanssa. Lisäksi elektroniikkalaitteessa on ohjauslohko : 5, joka käsittää edullisesti suorittimen MCU ja/tai digitaalisen signaalin- käsittely-yksikön DSP. Elektroniikkalaitteen 1 käyttämiseksi siihen on :./ 25 muodostettu ainakin yksi käyttöliittymä 6, jossa on edullisesti näyttö 7, näppäimistö 8 ja audiovälineet 9a, 9b, 9c. Tietojen ja sovellusohjelmien *; tallentamisessa käytetään elektroniikkalaitteeseen järjestettyjä muistivälineitä 10.

30 Kytkettäessä elektroniikkalaite 1 päälle suoritetaan edullisesti sen sel-vittäminen, onko elektroniikkalaitteessa 1 tallennettuna satelliittien ra-taparametreja (ephemeris-ratatieto ja/tai almanac-ratatieto), aikaisemmin selvitettyä sijaintitietoa ja/tai aikatietoa. Mikäli riittävän » · ajan tasalla olevia ratatietoja, sijaintitietoa tai aikatietoa ei ole, suori-35 tetaan niiden lataaminen esimerkiksi tiedonsiirtoverkon 4 kautta. Tie-·:·: donsiirtoverkosta 4 voidaan ladata rataparametrit, järjestelmän karkea aikatieto, sekä vertailupisteen sijaintitieto. Vertailupisteenä käytetään 7 11417? edullisesti tiedonsiirtoverkon 4 tunnetun pisteen sijaintia, kuten sen tukiaseman 11 sijaintia, jota kyseisellä hetkellä käytetään elektroniikkalaitteen 1 ns. palvelevana tukiasemana, eli tukiasemana, jonka kautta elektroniikkalaite 1 ja tiedonsiirtoverkko 4 kommunikoivat. 5 Tyypillisesti elektroniikkalaitteen 1 ja palvelevan tukiaseman välinen etäisyys on korkeintaan muutama kymmenen kilometriä, edullisesti korkeintaan n. 30 km. On kuitenkin selvää, että keksinnön puitteissa voi mainittu maksimietäisyys olla myös suurempi tai pienempi kuin 30 km.

10

Kuvassa 1 on vuokaaviona esitetty keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisen menetelmän eri vaiheita. Elektroniikkalaitteessa 1 valitaan jokin satelliitti, jonka signaalia yritetään vastaanottaa, esimerkiksi ensimmäinen satelliitti SV1 kuvan 3 mukaisessa tilanteessa. 15 Tässä satelliitin valinnassa voidaan käyttää tunnetun tekniikan mukaisia menetelmiä. Tämän jälkeen sijainninmääritysvastaanottimella 2 aloitetaan valitun satelliittisignaalin etsiminen ja tahdistuminen siihen, mikäli mahdollista. Vuokaaviossa vaihe 101 esittää edellä kuvattua tietojen selvittämistä ja satelliitin valintaa.

20

Sijainninmääritysvastaanottimessa 2 tutkitaan esimerkiksi signaali-ko-, ·. hinasuhteen perusteella, onko vastaanotettavissa sellainen satelliitti- : signaali, jonka voimakkuus riittää signaalissa välitettävän navigaatio- datan ilmaisuun (vaihe 102). Tilanteessa, jossa sijainninmääritysvas-25 taanottimella 2 on vastaanotettavissa sellainen satelliittisignaali, jonka voimakkuus riittää signaalissa välitettävän navigaatiodatan ilmaisuun, voidaan mainittu aikatieto selvittää suoraan satelliittisignaalista (vaihe O 103).

;: · 30 Kuitenkaan aina ei ole yhtään sellaista satelliittisignaalia vastaanotetta- vissa, joka olisi riittävän voimakas navigaatiodatan ilmaisemiseen. Tällöin voidaan käyttää esimerkiksi sinänsä tunnettuja korrelaatiome-netelmiä, joissa käytetään tunnettua vertailutietoa, jota korreloidaan • · (edullisesti ristikorrelaatio) vastaanotettavan satelliittisignaalin kanssa 35 (vaihe 104). Ristikorrelaation avulla pyritään löytämään sellainen kohta ·: signaalista, jossa tunnettu vertailutieto esiintyy ja tämän perusteella suoritetaan sijainninmääritysvastaanottimen 2 tahdistaminen satelliitti- 8 11417 δ signaaliin viikonaikatiedon selvittämiseksi. Ristikorrelaatiotulos saadaan sitä paremmaksi, mitä pidempää vertailutietoa voidaan ristikorre-laatiossa käyttää.

5 Joissakin tilanteissa voidaan rataparametreina käyttää elektroniikkalaitteen 1 muistivälineisiin 10 tallennettuja rataparametreja, aikatietona elektroniikkalaitteen 1 reaaliaikakellon 12 (RTC) aikatietoa, ja vertailupisteen sijaintitietona elektroniikkalaitteen 1 muistivälineisiin 10 tallennettua aiemmin määritettyä paikkaa. Tällöin vastaanotin ei 10 tarvitse mitään informaatiota tiedonsiirtoverkosta. Aikatiedon tulisi kuitenkin olla muutaman sekunnin tarkkuudella oikea, edullisesti aikatiedon virheen tulisi olla korkeintaan luokkaa 3 s. Rataparametrien tulisi olla voimassaolevat, ja vertailupisteen sijaintitieto ei saisi olla oleellisesti huonompi kuin vastaava tiedonsiirtoverkosta saatu 15 sijaintitieto.

Sen jälkeen kun viikonaikatieto on selvitetty, asetetaan alibitin siirty-mämuuttuja (chip step) alkuarvoonsa, edullisesti nollaksi (vaihe 105). Tätä alibitin siirtymämuuttujaa käytetään keksinnön edullisen suoritus-20 muodon mukaisessa menetelmässä koodivaiheen hienosäädössä, kuten jäljempänä tässä selityksessä esitetään.

I · · t’.' . Tavallisesti tarvitaan vähintään neljä eri satelliittisignaalia, joihin sijain- ninmääritysvastaanottimen tulisi tahdistua, jotta sijainnin kolme koordi- • · 25 naattitietoa x, y, z sekä aikatieto voidaan määrittää. Nyt esillä olevassa ···· keksinnössä asetetaan oletussijainniksi sijainniltaan tunnetun vertailu- \*·: pisteen sijainti, kuten mainittu matkaviestinverkon palvelevan tukiase- man 11 sijainti. Tällöin sijainninmääritysvastaanottimessa 2 käytetään edellä vaiheessa 103 tai 104 yhden satelliittisignaalin perusteella sel-·':· 30 vitettyä tahdistumisinformaatiota sekä valittua vertailupisteen sijaintia aikatiedon laskemiseen (vaihe 106). Mikäli vertailupisteen ja elektroniikkalaitteen 1 todellinen sijainti ovat olennaisesti samat, vastaa tässä : t e; ’ vaiheessa selvitetty aikatieto todellista aikatietoa. Käytännön tilanteissa :···: vertailupiste ei yleensä kuitenkaan täysin vastaa elektroniikkalaitteen 1 ·:··· 35 todellista sijaintia, vaan siinä voi olla jopa kilometrien luokkaa oleva poikkeama. Tästä huolimatta vaiheessa 106 laskettu aikatieto on erittäin lähellä todellista, koska signaalien kulkuaikaerot ovat kuitenkin 114173 9 suhteellisen pienet kulkumatkojen eron ollessa muutamien kilometrien tai joidenkin kymmenien kilometrien luokkaa. Tätä tietoa hyväksi käyttäen oletetaan, että määritettyä aikatietoa voidaan käyttää koodivai-heen selvittämiseen siten, että virhe on korkeintaan muutaman alibitin 5 luokkaa. Tämä on merkittävä parannus verrattuna tunnetun tekniikan mukaiseen tilanteeseen, jossa oikea koodivaihe on selvittävä jopa kaikista mahdollisista eri koodivaiheista. Esimerkiksi GPS-järjestelmässä tämä merkitsisi 1023 eri koodivaiheen läpikäymistä jopa useaan kertaan, mikäli haku joudutaan suorittamaan useilla eri taajuuksilla oikean 10 Doppler-taajuuden selvittämiseksi.

Sen jälkeen kun arvio aikatiedosta on saatu selvitettyä mainittujen vertailupisteen, ratatietojen ja yhden satelliittisignaalin perusteella, voidaan koodivaihearvio laskea kaikille etsittäville satelliittien signaaleille 15 muutaman alibitin tarkkuudella (vaihe 107). Etsittäviä satelliitteja ovat esimerkiksi toinen SV2, kolmas SV3 ja neljäs satelliitti SV4 kuvan 3 mukaisessa tilanteessa. Kullekin etsittävälle satelliitin signaalille asetetaan oletuskoodivaihe, joka saadaan laskemalla yhteen määritetty koodivaihe sekä alibitin siirtymämuuttujan arvo (vaihe 108). Tämän jäl-20 keen sijainninmääritysvastaanottimessa 2 käytetään mainittua oletus-koodivaihearvoa signaaliin tahdistumisen suorittamiseksi (vaihe 109). , : , Mikäli johonkin etsittävään satelliittisignaaliin tahdistuminen on mahdol- . lista, oletuskoodivaihearvo on oikea tälle satelliitille. Sijainninmääritys- vastaanotin 2 käsittää edullisesti useampia vastaanottokanavia CH1, ';/ 25 CH2, CHn, sopivimmin ainakin kolme vastaanottokanavaa, jolloin : · · *: kullakin vastaanottokanavalla voidaan tahdistumista yrittää olennaisesti V : samanaikaisesti yhteen etsittävistä satelliittisignaaleista. Mikäli vastaanottokanavia on vähemmän kuin etsittäviä satelliittisignaaleita, suoritetaan etsittäviin satelliittisignaaleihin tahdistuminen ainakin ·:* 30 osittain peräkkäin.

Seuraavaksi vaiheessa 110 tutkitaan, onko riittävä määrä eri satelliit-: f tien lähettämiä signaaleita löytynyt, siis tahdistuminen on saatu suori- :···: tettua kaikkiin etsittäviin satelliittisignaaleihin. Mikäli haluttu määrä sig- ·:··: 35 naaleita on löytynyt, voidaan näiden signaalien perusteella tarkentaa sijainninmääritystä sekä aikatietoa käyttämällä sinänsä tunnettuja sijainnin laskenta- ja ajanmääritysalgoritmeja (vaihe 112). Mikäli riittävää 114173 10 määrää satelliittisignaaleja ei kuitenkaan löytynyt, muutetaan alibitin siirtymämuuttujan arvoa vaiheessa 111 esimerkiksi jonkin ennalta määrätyn muutosalgoritmin perusteella. Eräs tällainen muutosalgoritmi on -0,5, +0,5, -1,0, +1,0, -1,5, +1,5, ..., eli ensimmäisellä 5 muutoskerralla alibitin siirtymämuuttujalle annetaan arvo -0,5, toisella muutoskerralla arvo +0,5, kolmannella muutoskerralla arvo -1,0 jne. Muuttujan arvoa siis muutetaan nollakohdan molemmin puolin oikean koodivaihearvon selvittämiseksi. On kuitenkin selvää, että nyt esillä olevaa keksintöä ei ole rajoitettu vain tähän muutosalgoritmiin, vaan 10 myös muunkinlaista muutosalgoritmia voidaan soveltaa. Sen jälkeen kun alibitin siirtymämuuttujan arvoa on muutettu, toiminta jatkuu vaiheesta 106, jossa sijainnin kolme koordinaattitietoa x, y, z sekä aikatieto lasketaan uudelleen vastaamaan senhetkistä tilannetta. Myös vaiheet 107—110 suoritetaan. Mikäli tällä uudella 15 koodivaihearvollakaan ei vielä löytynyt riittävää määrää satelliittisignaaleita, suoritetaan vaihe 111 uudelleen alibitin siirtymämuuttujan arvon muuttaminen ja toistetaan vaiheet 106—110. Edellä mainittuja vaiheita 106—111 toistetaan, kunnes riittävä määrä satelliittisignaaleita on löytynyt, tai kunnes jokin muu kriteeri on 20 täyttynyt, esim. toistokerroille mahdollisesti asetettu maksimimäärä on ylittynyt.

! . Edellä kuvatussa keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaisessa menetelmässä laskettavan aikatiedon tarkkuus ensimmäisessä vai-25 heessa on olennaisesti suoraan verrannollinen ensimmäisessä vai-:···: heessa käytettävän satelliitin ja vertailupisteen välisen etäisyyden erosta satelliitin ja elektroniikkalaitteen 1 väliseen etäisyyteen. Tämä ero riippuu mm. satelliitin suuntakulmasta (azimuth) ja korotuskulmasta (elevation angle) sekä vertailupisteen ja todellisen sijainnin erosta.

:· 30

Kuvassa 2 on havainnollistettu satelliitin ja elektroniikkalaitteen 1 välisen etäisyyden virhettä satelliitin suuntakulman ja korotuskulman funk-tiona, kun vertailupisteen ja elektroniikkalaitteen 1 välinen etäisyys on :···: n. 5 km. Tässä on oletettu, että sekä elektroniikkalaite 1 että vertailu- ·:·· 35 piste sijaitsevat tasossa ja että satelliittien rata kulkee 20 000 km kor- ; keudessa vertailupisteeseen nähden. Kuvasta 2 voidaan havaita mm.

se, että kun korotuskulma on suuri, edullisesti luokkaa 80—90Q tai kun 114173 11 suuntakulma on lähellä ±909, etäisyysvirhe on käytännössä merkityksetön. Tällaisissa tilanteissa keksinnön mukaisella menetelmällä ratkaistu aikatieto on erittäin lähellä todellista aikatietoa, jolloin sen perusteella muille etsittäville satelliiteille lasketut koodivaihetiedot ovat 5 erittäin tarkkoja. Vastaavasti kun satelliitti on lähellä horisonttia, jolloin korotuskulma on pieni, ja suuntakulma on edullisesti luokkaa 0 tai ±1809 , etäisyysvirhe on luokkaa ±5 km. Tällaisessa tilanteessa vertailupisteen ja elektroniikkalaitteen välinen etäisyys aiheuttaa olennaisesti vastaavan suuruisen etäisyysvirheen. Tämä 5 km:n 10 etäisyysvirhe vastaa n. 16,7 ns virhettä aikatiedossa, jolloin laskettu koodivaihe on n. 17 alibittiä virheellinen. Tämä virhe kuitenkin pienenee muutettaessa mainitun alibitin siirtymämuuttujan arvoa muuttamalla ja toistamalla mainittuja vaiheita 106—111.

15 Alibitin siirtymämuuttujan tarkoituksena on siis kompensoida arvioidun aikatiedon virhe, joka johtuu vertailupisteen käyttämisestä oletussijain-tina. Jos alibitin siirtymämuuttujan arvoa muutosrajoina käytetään esimerkiksi ±20 alibittiä, voidaan keksinnön mukaisella menetelmällä eliminoida luokkaa 5,8 km (=290 m/alibitti x 20 alibittiä) oleva virhe satel-20 liitin ja elektroniikkalaitteen 1 välisessä arvioidussa etäisyydessä. Käytännössä esimerkiksi verkkopohjaisessa sijainninmäärityksessä, jossa matkaviestinverkkoa käytetään elektroniikkalaitteen 1 sijainnin määrit-. tämiseen, virhe sijainninmäärityksessä on alle 5 km. Tällöin keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan tarkkuutta parantaa tarvitsematta 25 muuttaa alibitin siirtymämuuttujan arvoa enempää kuin ±20 alibittiä. :···: Tällöin vaiheiden 106—111 toistokertojen määrä voidaan pitää koh- V‘i tuullisena. Verkkopohjaisen sijainninmäärityksen yhteydessä vertailu- pisteenä ei välttämättä käytetä palvelevan tukiaseman 11 sijaintia, vaan verkkopohjaisessa sijainninmäärityksessä saatua sijaintitietoa.

;;· 30

Keksinnön erään toisen edullisen suoritusmuodon mukaisessa mene- • » telmässä riittävän tarkka aikatieto välitetään elektroniikkalaitteeseen 1 :t<;’ tiedonsiirtoverkon 4 kautta, kuten matkaviestinverkon kautta. Tällöin :···: sijainninmääritysvastaanottimen 2 ei tarvitse etsiä ensimmäisen satel- ·:··: 35 liitin signaalia ja suorittaa tahdistumista tähän signaaliin, vaan mene- • : telmässä voidaan vaiheesta 101 siirtyä suoraan vaiheeseen 105, jossa 114173 12 alibitin siirtymämuuttuja asetetaan alkuarvoonsa. Muilta osin menetelmän vaiheet vastaavat edellä esitettyjä vaiheita 106—111.

Keksintöä voidaan soveltaa myös siten, että aikatiedon säätämisen 5 sijaan muutetaan vertailupisteen paikkaa. Siinä vaiheessa kun vertailu-pisteen sijainti on riittävän lähellä elektroniikkalaitteen 1 todellista sijaintia, voidaan halutut satelliittisignaalit löytää, mikäli ne yleensä ovat löydettävissä elektroniikkalaitteen 1 sijaintipaikassa. Aikatiedon muuttaminen on kuitenkin tehokkaampaa, koska aikatiedon muuttamisella ei 10 ole vaikutusta satelliittien ja sijainninmääritysvastaanottimen väliseen geometriaan. Sen sijaan vertailupisteen muuttaminen muuttaa mm. suuntakulmia ja/tai korotuskulmaa vertailupisteen suhteen tarkasteltuna.

15 Keksinnön mukainen menetelmä voidaan toteuttaa pääosin ohjelmallisesti elektroniikkalaitteen 1 ohjauslohkossa. Keksinnön mukaisen elektroniikkalaitteen 1 sijainninmääritysvastaanottimena 2 voidaan käyttää sinänsä tunnettuja vastaanotinrakenteita.

20 Keksintöä voidaan soveltaa myös tilanteissa, joissa sijainninmääritys-vastaanotin 2 on hetkeksi kadottanut sellaisen satelliitin signaalin, jo-hon sijainninmääritysvastaanotin 2 on tahdistuneena. Myös tällaisessa ,·, ; tilanteessa käytetään edellä kuvattua menetelmää, eli sijainninmääri- tyksessä etsitään yhden satelliitin signaali tai vastaanotetaan aikatieto 25 tiedonsiirtoverkosta ja suoritetaan muiden satelliittien signaaleihin tah-distuminen. Tunnetun tekniikan mukaisissa ratkaisuissa sen sijaan : suoritetaan ns. uudelleen tahdistuminen (re-acquisition), jossa käyte- tään aikaisemmin saatua koodivaihetietoa ja mahdollista viimeisintä selvitettyä sijaintitietoa.

30 : On selvää, että nyt esillä olevaa keksintöä ei ole rajoitettu ainoastaan edellä esitettyihin suoritusmuotoihin, vaan sitä voidaan muunnella :‘ oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

M t t

Claims (18)

1. Menetelmä elektroniikkalaitteen (1) sijainnin määrittämiseksi sijain-ninmääritysjärjestelmän satelliittien avulla, jossa määritetään satelliit-5 tien ratatietoja, valitaan yhden satelliitin signaali vastaanotettavaksi, selvitetään valitun satelliitin signaalista tahdistusinformaatiota, ja määritetään elektroniikkalaitteen (1) oletussijainti, tunnettu siitä, että menetelmässä suoritetaan ainakin: määritysvaihe ensimmäisen aikatietoarvion määrittämiseksi mai-10 nittua satelliittien ratatietoa, valitun satelliitin signaalin tahdistus- informaatiota ja elektroniikkalaitteen (1) oletussijaintia käyttäen, laskentavaihe arvion satelliitin signaalin koodivaiheesta laskemiseksi mainitun aikatietoarvion, oletussijainnin ja satelliitin rata-tietojen perusteella, ja 15. etsimisvaihe, jossa vastaanotetaan sijainninmääritysjärjestelmän satelliittien lähettämää koodimoduloitua signaalia ainakin yhden satelliitin signaalin etsimiseksi ja signaaliin tahdistumiseksi käyttämällä mainittua arviota koodivaiheesta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mikäli mainitun ensimmäisen aikatietoarvion perusteella tahdistumista vähintään yhden muun satelliitin signaaliin ei voida suorittaa, muute-! . taan mainittua aikatietoarviota, jolloin mainittua laskentavaihetta ja et- simisvaihetta toistetaan, ja että kullakin toistokerralla mainitussa las- • · · 25 kentavaiheessa käytetään muutettua aikatietoarviota.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, jossa elektroniik-kalaitteella (1) vastaanotetaan tietoa tiedonsiirtoverkosta (4), tunnettu siitä, että tieto mainitusta oletussijainnista vastaanotetaan tiedonsiirto- ·*· 30 verkosta (4).

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että :t>;’ mainittuna tiedonsiirtoverkkona (4) käytetään matkaviestinverkkoa, :··>· jossa on tukiasemia matkaviestinverkon ja elektroniikkalaitteen (1) väli- 35 sen kommunikoinnin suorittamiseksi, ja että mainittuna oletussijaintina : käytetään sen tukiaseman (11) sijaintia, jonka kautta matkaviestinver kon ja elektroniikkalaitteen (1) välinen kommunikointi suoritetaan. 114173 14

5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittuna tiedonsiirtoverkkona (4) käytetään matkaviestinverkkoa, jossa suoritetaan elektroniikkalaitteen (1) sijainnin määrittäminen, ja 5 että mainittuna oletussijaintina käytetään matkaviestinverkossa määritettyä elektroniikkalaitteen (1) sijaintia.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1—5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitun ensimmäisen aikatietoarvion määrittämiseksi vas- 10 taanotetaan yhden satelliitin signaalia ja suoritetaan tahdistuminen tähän vastaanotettavaan signaaliin.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1—5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu ensimmäinen aikatietoarvio lähetetään tiedonsiirto- 15 verkosta elektroniikkalaitteeseen (1).

8. Järjestelmä, jossa on välineet elektroniikkalaitteen (1) sijainnin määrittämiseksi sijainninmääritysjärjestelmän satelliittien lähettämien koo-dimoduloitujen signaalien avulla, jossa sijainninmääritysjärjestelmässä 20 on määritetty satelliittien ratatietoja, ja joka järjestelmä käsittää välineet yhden satelliitin signaalin valitsemiseksi vastaanotettavaksi, välineet tahdistusinformaation selvittämiseksi valitun satelliitin signaalista, väli-! . neet(4, 11) elektroniikkalaitteen (1) oletussijainnin määrittämiseksi, jossa elektroniikkalaitteessa (1) on välineet (2) sijainninmääritysjärjes-25 telmän satelliittien lähettämien koodimoduloitujen signaalien vastaan-ottamiseksi, tunnettu siitä, että järjestelmä käsittää: - välineet ensimmäisen aikatietoarvion määrittämiseksi mainittua satelliittien ratatietoa, valitun satelliitin signaalin tahdistus-informaatiota ja elektroniikkalaitteen (1) oletussijaintia käyttäen, ·· 30 - välineet arvion satelliitin signaalin koodivaiheesta laskemiseksi ; mainitun aikatietoarvion, oletussijainnin ja satelliitin ratatietojen ,Λ perusteellapa : - välineet (2,5) ainakin yhden satelliitin signaalin etsimiseksi ja :···: signaaliin tahdistumiseksi käyttämällä mainittua arviota koodivai- :·· 35 heesta. i i 114173 15

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että se käsittää välineet (5) mainitun aikatietoarvion muuttamiseksi, mikäli mainitun ensimmäisen aikatietoarvion perusteella tahdistumista vähintään yhden muun satelliitin signaaliin ei voitu suorittaa, välineet arvion 5 satelliitin signaalin koodivaiheesta laskemisen ja satelliitin signaalin etsimisen toistamiseksi, ja välineet muutetun aikatietoarvion käyttämiseksi kullakin toistokerralla.

10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen järjestelmä, jossa elektroniik-10 kalaitteella (1) vastaanotetaan tietoa tiedonsiirtoverkosta (4), tunnettu siitä, että elektroniikkalaite (1) käsittää välineet (3) tiedon mainitusta oletussijainnista vastaanottamiseksi tiedonsiirtoverkosta (4).

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että 15 mainittu tiedonsiirtoverkko (4) on matkaviestinverkko, jossa on tukiasemia (11) matkaviestinverkon ja elektroniikkalaitteen (1) välisen kommunikoinnin suorittamiseksi, ja että mainittuna oletussijaintina on järjestetty käytettäväksi sen tukiaseman (11) sijaintia, jonka kautta matkaviestinverkon ja elektroniikkalaitteen (1) välinen kommunikointi 20 on kulloinkin järjestetty suoritettavaksi.

12. Patenttivaatimuksen 10 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että ; mainittu tiedonsiirtoverkko (4) on matkaviestinverkko, jossa on välineet elektroniikkalaitteen (1) sijainnin määrittämiseksi, ja että mainittuna 25 oletussijaintina on järjestetty käytettäväksi matkaviestinverkossa mää-’;*·* ritettyä elektroniikkalaitteen (1) sijaintia.

13. Jonkin patenttivaatimuksen 8—12 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että välineet ensimmäisen aikatietoarvion määrittämiseksi käsittäni· 30 vät välineet (2) yhden satelliitin signaalia vastaanottamiseksi, ja väli- neet tahdistumisen suorittamiseksi vastaanotettuun signaaliin.

13 11417c?

14. Jonkin patenttivaatimuksen 8—12 mukainen järjestelmä, tunnettu *·;·* siitä, että se käsittää välineet (11) mainitun ensimmäisen aikatietoar- •: · : 35 vion lähettämiseksi tiedonsiirtoverkosta elektroniikkalaitteeseen (1). J I t t * · 114173 16

15. Elektroniikkalaite (1), joka käsittää välineet (2, 5) sijainnin määrittämiseksi sijainninmääritysjärjestelmän satelliittien lähettämien koodi-moduloitujen signaalien avulla, jossa sijainninmääritysjärjestelmässä on määritetty satelliittien ratatietoja, ja joka elektroniikkalaite (1) käsit- 5 tää välineet yhden satelliitin signaalin valitsemiseksi vastaanotettavaksi, välineet tahdistusinformaation selvittämiseksi valitun satelliitin signaalista, välineet (3) elektroniikkalaitteen (1) oletussijainnin määrittämiseksi, ja välineet (2) sijainninmääritysjärjestelmän satelliittien lähettämien koodimoduloitujen signaalien vastaanottamiseksi, tunnettu siitä, 10 että elektroniikkalaite (1) käsittää: välineet (2, 5) ensimmäisen aikatietoarvion määrittämiseksi mainittua satelliittien ratatietoa, valitun satelliitin signaalin tahdistus-informaatiota ja elektroniikkalaitteen (1) oletussijaintia käyttäen, välineet (5) arvion satelliitin signaalin koodivaiheesta laskemi-15 seksi mainitun aikatietoarvion, oletussijainnin ja satelliitin rata- tietojen perusteella, ja välineet (2, 5) ainakin yhden satelliitin signaalin etsimiseksi ja signaaliin tahdistumiseksi käyttämällä mainittua arviota koodivaiheesta. 20

16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen elektroniikkalaite (1), tunnettu siitä, että se käsittää välineet (5) mainitun aikatietoarvion muuttami- . seksi, mikäli mainitun ensimmäisen aikatietoarvion perusteella tahdis- !,.j tumista vähintään yhden muun satelliitin signaaliin ei voitu suorittaa, 25 välineet arvion satelliitin signaalin koodivaiheesta laskemisen ja satel-' ·· liitin signaalin etsimisen toistamiseksi, ja välineet muutetun aikatietoar- :: vion käyttämiseksi kullakin toistokerralla.

17. Patenttivaatimuksen 15 tai 16 mukainen elektroniikkalaite (1), 30 tunnettu siitä, että se käsittää välineet (5) mainittujen satelliittien rata- tietojen tallentamiseksi. :t,;‘

18. Patenttivaatimuksen 15, 16 tai 17 mukainen elektroniikkalaite (1), tunnettu siitä, että se käsittää välineet (3) matkaviestintoimintojen suo-:*·: 35 rittamiseksi. » » » » 17 114173