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Dokumentenidentifikation DE69619222T2 19.09.2002
EP-Veröffentlichungsnummer 0805988
Titel VERFAHREN ZUM UNABHÄNGIGEN REDUZIEREN DER SCHWELLENWERTE IN ERFASSUNG UND VERFOLGUNG VON IN ERDUMLAUF EMPFANGENEN SPREIZSPEKTRUMCODES
Anmelder Centre National d'Etudes Spatiales, Paris, FR
Erfinder ISSLER, Jean-Luc, F-31650 Saint-Orens, FR
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69619222
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT, SE
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 26.11.1996
EP-Aktenzeichen 969399807
WO-Anmeldetag 26.11.1996
PCT-Aktenzeichen PCT/FR96/01870
WO-Veröffentlichungsnummer 0009720227
WO-Veröffentlichungsdatum 05.06.1997
EP-Offenlegungsdatum 12.11.1997
EP date of grant 13.02.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.09.2002
IPC-Hauptklasse G01S 1/04
IPC-Nebenklasse H04B 1/707   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum unabhängigen Reduzieren der Schwellenwerte beim Erfassen und Verfolgen der im Erdumlauf empfangenen Spreizspektrumcodes.

Die Erfindung verbindet drei Basiselemente:

- einen Spreizspektrumsignalempfänger;

- ein an Bord befindliches Bahnbestimmungsfilter;

- eine Schwellenwert-Reduzierungstechnik durch genaue Radialgeschwindigkeitshilfe.

In der Folge wird jedes dieser drei Elemente betrachtet.

- Der Empfänger kann irgendeine Vorrichtung zum Empfangen von Spreizspektrumssignalen an Bord eines Satelliten sein (Fundstellen [1], [2], [5]. Diese Signale können von anderen im Umlauf befindlichen Satelliten gesendet werden oder von ortsfesten Punkten am Boden. Diese Empfänger können zum Beispiel folgenden Typs sein:

- GPS, GLONASS, GNSS1, GNSS2;

- Spreizspektrum-Transponder;

- DORIS NG-Empfänger.

Die Konstellationen der GPS- und GLONASS-Satelliten werden jeweils in den Fundstellen [3] und [4] beschrieben.

GNSS1 bezeichnet die geostationären Ergänzungen zu GPS und/oder GLONASS, die die Navigationsnutzlasten der Satelliten INMARSAT 3 benutzen. GNSS2 bezeichnet die zukünftige "zivile" Navigationssatellitenkonstellation.

DORIS NG bezeichnet ein Projekt eines weltweiten Systems zur Weltraum- Funknavigation und -Funkortung, insbesondere auf der Verwendung von Spreizspektrumsignalen basierend, die durch Funkbaken bzw. Transponder am Boden übertragen und durch Satelliten im Umlauf empfangen werden.

- Das Bahnbestimmungsfilter ist zum Beispiel eine im Empfänger lokalisierte digitale Verarbeitung. Sie benutzt rohe, durch diese letzteren gemachte Messungen, das heißt Pseudodistanz- und Pseudogeschwindigkeitsmessungen in Bezug auf die Spreizspektrumsignalsender (am Boden und im Umlauf). Diese Messungen werden verarbeitet, um auf autonome Weise die Umlaufbahnparameter und/oder die Position und die Geschwindigkeit des Trägersatelliten zu bestimmen. Die Definition dieser Messungen ist in der Fundstelle [5] angegeben. Das Filter kann folgenden beispielhaft genannten Typen entsprechen:

- Kalmanfilter (s. Fundstelle [6]);

- Filter einfachster kleinster Fehlerquadrate;

- Filter rekursiver kleinster Fehlerquadrate.

Dieses Filter kann auch die folgenden Parameter bestimmen:

Di = Abstand zwischen dem Satelliten und dem Sender Nr. i.

ΔTi = Zeitunterschied zwischen der Uhr bzw. dem Takt des Empfängers und der Uhr bzw. dem Takt des Senders Nr. i.

Vi = i = Radialgeschwindigkeit zwischen dem Satelliten und dem Sender Nr. 1

Δ i = Relative Abweichung zwischen der Uhr bzw. dem Takt des Senders Nr. i und der Uhr bzw. dem Takt des Empfängers.

Das Filter kann also die Pseudodistanzen PDi und die Pseudogeschwindigkeiten PVi ermitteln.

PDi = Di + C·ΔTi

PVi = Vi + C·Δ i

Die genannten Größen können selbst dann ermittelt werden, wenn die von dem Sender Nr. 1 stammenden Signale nicht durch den Empfänger und das zugeordnete Navigationsfilter verarbeitet werden, vorausgesetzt die Stellung, die Geschwindigkeit und die Zeit- bzw. Taktkoeffizienten des genannten Senders können ermittelt werden oder bekannt sein.

Der Orbitalnavigator ermittelt diese Pseudodistanzen und diese Pseudogeschwindigkeiten mit den Genauigkeiten δPD und δPV.

Der Orbitalnavigator kann Fernbefehle zur Beschreibung von Manövern des Trägersatelliten erhalten. Diese Manöver können durch die Parameter ΔVx(t0); Δvy(t0) und ΔVz(t0) beschrieben werden, wo die ΔVi die Komponenten des zum Datum t0 vorgesehenen Geschwindigkeitsimpulses darstellen.

Die Manöver werden mit einer für die drei Achsen mit δVx, δVy, δVz bezeichneten Genauigkeit beschrieben. Die globale Genauigkeit der Beschreibung des Manövers ist δV, mit:

δV =

- Die Technik des Schwellenwertreduzierens durch genaue Radialgeschwindigkeitshilfe (oder Pseudoradialgeschwindigkeitshilfe) wird im Falle von Empfängern angewandt, die mit einer (oder mehreren) Phasenschleife(n), gekoppelt mit einer (oder mehreren) Codeschleife(n), ausgestattet sind. Man unterstellt, dass diese Schleifen in digitaler Technik ausgeführt sind.

Wenn das Signal mit einem Verhältnis C/No empfangen wird, das kleiner ist als die klassischen Fangschwellenwerte im unterstützten Erfassungsmodus, ist die Trägerschleife offen und der digital gesteuerte Oszillator (OCN) wird durch eine externe Geschwindigkeitsvoraussage (oder Pseudogeschwindigkeitsvoraussage) radial gesteuert.

Das klassische Ein- bzw. Abfangen im unterstützten Erfassungsmodus ist in der Fundstelle [1] dargestellt.

Diese Geschwindigkeitsvoraussage muss fein sein und stammt von einem Sensor, der sich von dem Empfänger unterscheidet. Zum Beispiel kann der genannte Sensor typisch ein Trägheitsnavigations-Leitwerk sein.

Eine solche Technik wird klassischerweise bei der Verfolgung der GPS-Signalen mit einem äquivalenten kleinen C/No-Verhältnis benutzt, empfangen durch militärische GPS-Empfänger (C/A-Code und P-Code) an Bord von Flugzeugen mit Trägheitsnavigations-Leitwerken. Diese Technik wird "Nur-Code-Technik" genannt, denn nur der Pseudozufallscode wird bis zu sehr niedrigen Schwellenwerten verfolgt.

Ein Dokument aus dem Stand der Technik, mit [9] bezeichnet, beschreibt eine Signalverfolgungsvorrichtung in einem Funknavigationssystem. Diese Vorrichtung umfasst eine Schaltung zu Quantifizierung des empfangenen Signals, eine Phasenvergleichsschaltung des digitalen Typs, eine Frequenzteilerschaltung, eine Korrekturschaltung der Verfolgungszeit, ein Schleifenfilter mit einem reversiblen Zähler und eine Relativgeschwindigkeits-Detektionsschaltung.

Ein anderes Dokument aus dem Stand der Technik, mit [10] bezeichnet, beschreibt einen Empfänger zum Messen des Pseudozufallsgeräusches, was ermöglicht, durch multiple Propagation eine Verzerrung zu kompensieren, indem die Verzögerungszeit zwischen einem ersten und einem zweiten Korrelator dynamisch angepasst wird.

Die Erfindung hat ein Verfahren zum unabhängigen Reduzieren der Schwellenwerte beim Erfassen und Verfolgen der im Erdumlauf empfangenen Spreizspektrumcodes.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum unabhängigen Reduzieren der Schwellenwerte beim Erfassen und Verfolgen der im Erdumlauf durch einen Empfänger an Bord eines Satelliten empfangenen Spreizspektrumcodes, der den Zugang zu einem Orbitalnavigator bildet, bei dem der Empfänger eine Phasenschleife und eine Codeschleife enthält, wobei dieses Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

- Empfang einer vom Navigator kommenden, bei einem unterstützten Erfassungsmodus nötigen groben Geschwindigkeitshilfe in dem Empfänger, die dem Empfänger ermöglicht, alle Signale mit einem Signal/Geräusch-Verhältnis C/No so zu empfangen, dass C/No > (C/No)a, wobei (C/No)a ein Empfangsschwellenwert bei diesem unterstützten Erfassungsmodus ist,

dadurch gekennzeichnet, dass die Unsicherheit δPV bezüglich der Voraussage der feinen Geschwindigkeitshilfe (Pseudogeschwindigkeit) die folgende Bedingung erfüllt:

bei der BFI das Voraussageband, fi die Frequenz des durch den Sender Nr. i übertragenen Trägersignals und C die Lichtgeschwindigkeit ist, und dadurch, dass das genannte Verfahren außerdem die folgenden Schritte umfasst:

- Verfolgung der Pseudozufallscodes, unterstützt durch eine feine Geschwindigkeitshilfe, geliefert durch den Orbitalnavigator, und Korrektur des Fehlers zwischen der wirklichen und der berechneten Geschwindigkeit, und

- Absenkung der Fangschwellenwerte der Pseudozufallscodes auf einen Wert (C/No)avf, bei dem (C/No)avf ein Empfangsschwellenwert von Pseudozufallscodes in diesem durch die feine Geschwindigkeitshilfe unterstützten Erfassungsmodus ist, wobei die Untersuchung der Phase des empfangenen Codes um eine Phasenvoraussage herum erfolgt, den man mit Hilfe der von dem Orbitalnavigator kommenden feinen Geschwindigkeitshilfe erhält.

Das genannte Verfahren kann einen Vorausschritt umfassen, während dem der Empfänger unvermittelt ohne jede externe oder interne Hilfe oder Mitteilung kalt startet und alle Signale mit einem Verhältnis C/No ein- bzw. abfängt, z. B. C/No ≥ (C/No)na, wobei (C/No)na der Fangschwellenwert im nicht-unterstützten Modus ist.

Im Falle eines die Kontrolle der Umlaufbahn des Satelliten betreffenden Manövers erhält der Orbitalnavigator die Beschreibung dieses Manövers und aktualisiert die durch den Navigator gelieferte Geschwindigkeitshilfe. Damit das Ein- bzw. Abfangen der empfangenen Pseudozufallscodes mit kleinen C/No-Verhältnissen im Falle eines Manövers noch immer möglich ist, muss zuerst die folgende Bedingung berücksichtigt werden:

wo δPV die Genauigkeit bezüglich der durch den Navigator gelieferten Pseudogeschwindigkeit ist, ohne Manöver, wo δV die Genauigkeit bezüglich der Beschreibung des Manövers ist, wo BFI das Voraussageband ist, C die Lichtgeschwindigkeit ist und fi die Frequenz des Trägersignals ist, übertragen durch den Sender Nr. i.

Wenn ein Pseudozufallscode mit einem Verhältnis C/No von zum Beispiel (C/No)avf < C/No < (C/No)a verfolgt wird, werden die Aktualisierungen der charakteristischen Parameter der Sender dem Empfänger mit Hilfe von externen Fernsteuerungen mitgeteilt.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, die Schwellenwerte beim Erfassen und Verfolgen der Spreizspektrumcodes durch Empfänger für Satelliten zu reduzieren, die ein Bahnbestimmungsfilter an Bord haben. Diese Schwellenwertreduzierung erfolgt unabhängig durch die genannten, die Erfindung nutzenden Empfänger. Diese Schwellenwertreduzierung kann spektakulär sein.

- Die Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Empfängers mit reduziertem Schwellenwert durch externe feine Geschwindigkeitshilfe;

- die Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Empfängers mit integrierter erfindungsgemäßer Vorrichtung;

- die Fig. 3 zeigt eine Variante der Erfindung.

Die Fig. 1 zeigt einen Spreizspektrumempfänger mit reduziertem Schwellenwert durch externe feine Geschwindigkeitshilfe, wobei nur die Architektur der digitalen Verarbeitung dargestellt ist.

Dieser Empfänger 10 umfasst einen Modul RF 11, verbunden mit einer Antenne 12, deren Ausgangssignal der Eingang eines Korrelators 13 ist, selbst mit dem Ausgang mit einem Diskriminator 14 der Phasenschleife verbunden, gefolgt von einem Schleifenfilter 15 und einem Umschalter 16. Ein OCN-Trägermodul 17 (OCN für "oscillateur commandé numériquement" oder "digital gesteuerter Oszillator") überträgt einen lokalen Träger Fi, phasengleich und um 90º phasenverschoben, zum Diskriminator 14 und ist mit einem anderen Anschluss des Umschalters 16 verbunden. Der Umschalter 16 empfängt ebenfalls ein Signal, das von einem Sensor 18 der externen Geschwindigkeit stammt (zum Beispiel einem Trägheitsnavigations-Leitwerk).

Der OCN-Trägermodul sendet ein OCN-Träger-Geschwindigkeitssignal an einen ersten Eingang eines Summierers 19, mit dem Ausgang mit einem OCN-Codemodul 20 verbunden, und an einen Lokalcode-Generator 21. Dieser Generator 21 ist einerseits mit dem Korrelator 13 verbunden und liefert ihm phasengleich den Lokalcode, und andererseits mit einem Diskriminator der Codeschleife 22, und liefert ihr den Lokalcode verfrüht und den Lokalcode verzögert, wobei ein Schleifenfilter G(p) 23 zwischen dem Ausgang dieses Diskriminators 22 und einem zweiten Eingang des Summierers 19 angeordnet ist.

Man hat also eine Phasenschleife 33 und eine Codeschleife 34.

Die Codeschleife, deren Aufgabe es ist, die Pseudozufallscodes zu verfolgen, wird durch die Geschwindigkeitshilfe "getrieben". Mit anderen Worten variiert der OCN- Oszillator dieser Schleife die Phase des Lokalcodes mit einer Geschwindigkeit gleich der externen Geschwindigkeitsvoraussagehilfe. Die derart "getriebene" Codeschleife holt den Fehler zwischen der wirklichen Geschwindigkeit und der berechneten Geschwindigkeit auf.

Die Ordnung bzw. Größenordnung dieser Schleife muss ausreichend sein, um die Regelung des OCN-Oszillators aufrechtzuerhalten, was ermöglicht, Pseudodistanzmessungen zu erzeugen.

Die Codeschleife, die die Aufgabe hat, die Pseudozufallscodes zu erfassen, wird ebenfalls durch die feine Geschwindigkeitshilfe "getrieben". Die Untersuchung der Phase des empfangenen Codes erfolgt um eine Phasenvoraussage herum (Distanz- Vorpositionierung), unterhalten durch die externe Geschwindigkeitshilfe.

Die Phasenuntersuchungszone des empfangenen Codes ist kleiner als im Falle einer Erfassung im klassischen unterstützten Modus. Genauso verhält es sich bei der Frequenzuntersuchungszone des empfangenen Trägers. Das beschriebene Prinzip funktioniert nämlich, wenn die Unsicherheit der Doppler-Voraussage ΔFD kleiner ist als das Vorausdetektionsband BFI.

Die Unsicherheit δPV bezüglich der Pseudogeschwindigkeits-Voraussage muss also die folgenden Relationen berücksichtigen:

ΔFD < BFI also: δPV < BFI/fi · C

wo C die Lichtgeschwindigkeit ist und fi die Frequenz des durch den Sender Nr. i übertragenen Trägersignals. Die Doppler- und Distanz-Unsicherheitszonen sind kleiner als in den klassischen Fällen und die Energieuntersuchung kann mit einer Abtastgaschwindigkeit des Lokalcodes erfolgen, die sehr viel langsamer ist als in diesen klassischen Fällen, bei einer selben, mit T bezeichneten Untersuchungsdauer. Der Erfassungsschwellenwert wird also reduziert. Rückweisungstechniken falscher Fangereignisse müssen angewandt werden im Falle eines gleichzeitigen Empfangs mehrerer Pseudozufallscodes mit disparaten C/No.

(C/No)na = Fangschwellenwert im unterstützten Modus;

(C/No)a = Fangschwellenwert im klassischen unterstützten Erfassungsmodus;

(C/No)avf = Fangschwellenwert der Pseudozufallscodes im durch eine feine Geschwindigkeitshilfe unterstützten Erfassungsmodus.

Die Definition der Schwellenwerte (C/No)na und (C/No)a wird in der Fundstelle [1] detailliert beschrieben.

Der Schwellenwert (C/No)avf ist eine Funktion mehrerer Parameter.

(C/No)avf = g(T; δPV; BFI)

Die Erfindung ist gekennzeichnet durch das folgende Verfahren, angewandt in einem Spreizspektrumempfänger für Satelliten, ausgerüstet mit einem Orbitalnavigator.

Der Empfänger startet kalt (ohne irgendeine externe oder interne Hilfe oder Mitteilung). Er fängt alle Signale mit einem C/NO-Verhältnis wie:

C/No ≥ (C/No)na

Die ersten eingefangenen Signale können dem Empfänger eventuell ermöglichen:

- Mitteilungen zu empfangen, die ermöglichen, die Position und/oder die Geschwindigkeit und/oder die Taktkoeffizienten der Sender Nr. i zu bestimmen;

- den Orbitalnavigator mit Hilfe der ersten durchgeführten Pseudodistanz- und Pseudogeschwindigkeitsmessungen zu konvergieren.

Dieser erste (fakultative) Schritt ist bei völlig unabhängigen bzw. autonomen Weltraummissionen notwendig.

In einem zweiten Schritt erhält der Empfänger bei der klassischen unterstützten Erfassung die notwendigen Hilfen. Diese Hilfen sind ungenau (grob) und folgenden Typs:

1) Datum und Zeit des Takts des Empfängers.

2) Positionen/Geschwindigkeiten (oder, eventuell, Umlaufbahn-Parameter) der Sender.

3) Position/Geschwindigkeit oder Umlaufbahn-Parameter des Trägersatelliten.

Diese Hilfen können teilweise oder ganz aus dem ersten Schritt stammen. In diesem Fall sind sie Empfänger-intern (Beispiel: die Positionen/Geschwindigkeiten der Sender können durch die genannten Sender übertragen werden und die Autonomiefunktion bleibt erhalten.

Falls alle oder ein Teil dieser groben Hilfen dem Empfänger auf dem Umweg über externe Fernsteuerungen mitgeteilt werden, ist dieser nicht mehr autonom.

Falls der erste Schritt nicht durchgeführt wird, sind diese Hilfen notwendigerweise Empfänger-extern.

Diese groben Hilfen ermöglichen dem Empfänger das Ein- bzw. Abfangen aller Signale mit einem C/No-Verhältnis wie:

C/No > (C/No)a

Es erhöht sich dann die Anzahl der Pseudogeschwindigkeits- und Pseudodistanzmessungen in Bezug auf den Fall des ersten Schritts, denn:

(C/No)a < (C/No)na.

Es wird vorausgesetzt, dass die Anzahl dieser Messungen ausreicht, um den Orbitalnavigator zu konvergieren, der die Umlaufbahnparameter des Trägersatelliten mit einer besseren Genauigkeit als im ersten Schritt liefert.

Nachdem der zweite Schritt ausgeführt worden ist, nimmt man an, dass die Ausgangsparameter des Orbitalnavigators und charakteristische Parameter der Sender kompatibel sind mit der Feinheit der Geschwindigkeitshilfe, die erforderlich ist, um die Fangschwellenwerte der Pseudozufallcodes noch zu reduzieren, bis auf den Wert (C/No)avf. Im Gegensatz zum Stand der Technik kommt die Feingeschwindigkeitshilfe von dem in den Empfänger integrierten Orbitalnavigator.

Die Präzision des Navigators kann also noch verbessert werden. Außerdem, im Falle progressiver Verschlechterung der Verbindungsbilanz bzw. -aufteilung mit den Sendern, kann die Verschlechterung dieser Genauigkeit begrenzt werden.

Man hat also:

(C/No)avf < (C/No)a

Im Falle von Manövern zur Umlaufbahnkontrolle bzw. -steuerung des Satelliten empfängt der Orbitalnavigator die Beschreibung der genannten Manöver und aktualisiert die durch den Navigator gelieferte Geschwindigkeit.

Damit das Einfangen der mit kleinen C/No-Verhältnissen empfangenen Pseudozufallscodes im Falle von Manövern immer möglich ist, muss zuerst die folgende Bedingung berücksichtigt werden:

(δPV + δV) < BFI/fi · C

wo δPV die Voraussage bezüglich der durch den Navigator ohne ein Manöver gelieferten Pseudogeschwindigkeit ist.

Wenn ein Pseudozufallscode verfolgt wird, mit einem C/No-Verhältnis wie:

(C/No)avf < C/No < (C/No)a

ist die Demodulation der Daten der durch die Sender übertragenen Mitteilung nicht möglich.

Diese Demodulation muss nämlich von der Trägerschleife (Phasenschleife) ausgeführt werden. Diese Schleife ist jedoch offen, wenn das C/No die oben zitierte doppelte Ungleichheit berücksichtigt.

Die Aktualisierungen der charakteristischen Parameter der Sender (Positionen und/oder Geschwindigkeiten und/oder Taktkoeffizienten) müssen also obligatorisch den Sendern mit Hilfe externer Fernsteuerungen mitgeteilt werden. Zum Beispiel können diese Parameter im Falle eines GPS- oder GLONASS-Empfängers die Ephemeriden der benutzten Konstellation sein.

Die Fig. 2 zeigt einen Spreizspektrumempfänger 29 für Satelliten, der einen Modul RF 30 enthält, der ein von einer Antenne 31 stammendes Signal empfängt und mit einem ersten Eingang eines Korrelators 32 verbunden ist, auf den einen Phasenschleife 33 folgt, die mit einer Codeschleife 34 verbunden ist, die ebenfalls das Ausgangssignal des Moduls RF 30 erhält und deren Ausgang mit einem zweiten Eingang des Korrelators 32 verbunden ist und einem integrierten Orbitalnavigator 35, der von der Phasenschleife die Daten und die Pseudogeschwindigkeiten erhält, wenn (C/No) > (C/No)a ist, und der ihr eine feine Geschwindigkeitshilfe sendet und von der Codeschleife die Pseudodistanzen erhält.

Der integrierte Orbitalnavigator empfängt die Beschreibung der Manöver des Satelliten und der externern Daten.

Die Fig. 3 zeigt eine Variante der Erfindung, wo der Orbitalnavigator in einen in dem Satelliten vorhandenen Bordcomputer 36 integriert ist.

Die Anwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bezüglich des Empfangs von Spreizspektrumsignalen an Bord von Satelliten betrifft die ungünstigen Verbindungsbilanzfälle zwischen den verwendeten Sendern und den genannten Satelliten.

Diese Anwendungen können zum Beispiel sein:

- Navigation mit Hilfe eines Satellitenkonstellations-Empfängers (wie GPS, GLONASS).

- Navigation mit Hilfe eines Spreizspektrum-Transponders, wobei die Verbindungsbilanz zu Beginn und am Ende des Überfliegens einer Fernsteuerungs- /Fernmessungsstation (TM/TC) ungünstig sein kann.

- Navigation mit Hilfe eines Empfängers von Spreizspektrumsignalen, übertragen durch einen Park bzw. eine Vielzahl von Funkbaken bzw. Transpondern am Boden, ausgestattet mit Antennen mit Keulen des hemisphärischen Typs. Von der durch diese Funkbaken bzw. Transpondern übertragenen Leistung wird angenommen, dass sie optimiert worden ist für eine Benutzung durch Satelliten in niedriger Umlaufbahn.

- Empfang von Spreizspektrumsignalen im Umlauf in durch unerwünschte funkelektrische Sender gestörter Umgebung. Das äquivalente C/No-Verhältnis der empfangenen Signale ist reduziert in Bezug auf den Fall einer nicht gestörten Umgebung. Die Verbindungsbilanz ist also schlechter und in diesem Fall kann das erfindungsgemäße Verfahren notwendig sein.

- Navigation mit Hilfe eines GPS- oder DORIS NG-Empfängers in der Übergangsbahn in die geostationäre Höhe. Diese Übergangsbahn kann folgende Typen umfassen:

- klassische geostationäre Übergangsbahn;

- Supersynchronorbit;

- Subsynchronorbit;

- Derivationsorbit.

Diese Navigationen können mit zwei Antennen mit schwacher Verstärkung realisiert werden, wenn der Fangschwellenwert der Signale klein ist (s. Fundstelle [7]).

- Navigation mit Hilfe eines Empfängers in einer Umlaufbahn mit hohem Apogäum, die folgende als Beispiele genannte Typen umfassen kann (s. Fundstelle [8]):

- Molniya-Orbit;

- Tundra-Orbit;

- Archimedes-Orbit.

- Navigation mit Hilfe eines Empfängers in kreisförmiger Umlaufbahn für Navigationssatellitenkonstellation mit einer Periode in der Größenordnung von zwölf Stunden. Der Empfang von Bodenfunkbaken bzw. -transpondern mit hemisphärischer Antenne ist an diesen Fall angepasst.

- Navigation mit Hilfe eines Empfängers in niedriger Umlaufbahn, verbunden mit einer oder mehreren nicht teueren und folglich nicht optimierten Antennen, die aber ausreichend gut sind, um dem Empfänger zu ermöglichen, den in der Erfindung beschriebenen zweiten Schritt zu realisieren.

[1] "Orbital Navigation With an GPS Receiver On The HETE Spacecraft" (ION GPS Januar 94, Seiten 645-656

[2] "ESA Dual-Standard S-Band Transponder: A Versatile TT&C Equipment For Communications Via A Data Relay Satellite Or Directly With The Ground Network" von J. L. Gerner (42nd Congress Of International Astronautical Federation, 5.-11. Oktober 1991)

[3] "Accord de standardisation; caracteristiques du système mondial de determination de la position NAVSTAR (GPS)" (OTAN, STANAG 4294)

[4] "GLONASS Approaches Full Operational Capability (FOC)" von P. Daly (ION GPS, September 1995)

[5] "Techniques et technologies des véhicules spatiaux module 6. Localisation spatiale" (Editions Cépaduès)

[6] "Low-Orbit Navigation Concepts" von H. James Rome (Vol. 35, Nr. 3, Herbst 1988, Seiten 371-390)

[7] "GPS Techniques For Navigation Of Geostationary Satellites" von P. Ferrage, J. L. Issler, G. Campan und J. C. Durand (ION GPS, 12.-15. September 1995)

[8] "Applicability Of GPS-Based Orbit Determination Systems To A Wide Range of HEO Missions" von J. Potti, P. Bernedo und A. Pasetti (ION GPS, 12.-15. September 1995)

[9] Patent Abstract of Japan vol. 010, No. 247 (P-490), 26. August 1986 & JP 61 076972 A (Nissan Motor Co LTD), 19. April 1986

[10] EP-A-0 552975 (Novatel Communications LTD)


Anspruch[de]

1. Verfahren zum unabhängigen Reduzieren der Erfassungs- und Verfolgungs- Schwellenwerte der Spreizspektrum-Zufallscodes, empfangen im Umlauf durch einen Empfänger an Bord eines Satelliten, den Zugang zu einem Orbitalnavigator bildend, bei dem der Empfänger eine Phasenschleife und eine Codeschleife aufweist, wobei dieses Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

- Empfang einer vom Navigator kommenden, bei einem unterstützten Erfassungsmodus nötigen groben Geschwindigkeitshilfe in dem Empfänger, die dem Empfänger ermöglicht, alle Signale mit einem Signal/Geräusch-Verhältnis C/No so zu empfangen, dass C/No > (C/No)a, wobei (C/No)a ein Empfangsschwellenwert bei diesem unterstützten Erfassungsmodus ist,

dadurch gekennzeichnet, dass die Unsicherheit δPV bezüglich der Voraussage der feinen Geschwindigkeitshilfe (Pseudogeschwindigkeit) die folgende Bedingung erfüllt:

bei der BFI das Voraussageband, fi die Frequenz des durch den Sender Nr. i übertragenen Trägersignals und C die Lichtgeschwindigkeit ist,

und dadurch, dass das genannte Verfahren außerdem die folgenden Schritte umfasst:

- Verfolgung der Pseudozufallcodes, unterstützt durch eine Feingeschwindigkeitshilfe, geliefert durch den Orbitalnavigator, und Korrektur des Fehlers zwischen der wirklichen und der berechneten Geschwindigkeit, und

- Absenkung der Einfangschwellenwerte der Pseudozufallscodes auf einen Wert (C/No)avf, bei dem (C/No)avf ein Empfangsschwellenwert von Pseudozufallscodes in diesem durch die feine Geschwindkeitshilfe unterstützten Erfassungsmodus ist, wobei die Suche der Phase des empfangenen Codes um eine Phasenvoraussage herum erfolgt, die mit Hilfe der von dem Orbitalnavigator kommenden feinen Geschwindigkeitshilfe erhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Vorausschritt umfasst, während dem der Empfänger unvermittelt ohne jede externe oder interne Hilfe oder Mitteilung startet und alle Signale mit einem Verhältnis C/No einfängt, z. B. C/No ≥ (C/No)na, wobei (C/No)na der Einfangschwellenwert im nicht-unterstützten Modus ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines die Kontrolle der Umlaufbahn des Satelliten betreffenden Manövers der Orbitalnavigator die Beschreibung dieser Manöver erhält und die durch den Navigator gelieferte Geschwindigkeitshilfe aktualisiert, und dadurch, dass die folgende Bedingung erfüllt wird:

wo δPV die Genauigkeit bezüglich der durch den Navigator gelieferten Pseudogeschwindigkeit ist, ohne Manöver, wo δV die Genauigkeit bezüglich der Beschreibung des Manövers ist, wo BFI das Voraussageband ist, C die Lichtgeschwindigkeit ist und fi die Frequenz des Trägersignals ist, übertragen durch den Sender Nr. i.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn auf einen Pseudozufallscode ein Verhältnis C/No folgt, z. B. (C/No)avf < C/No < (C/No)a, die Aktualisierungen der charakteristischen Parameter der Sender dem Empfänger mit Hilfe von externen Fernsteuerungen mitgeteilt werden.







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