способ (варианты) и система для определения положения объекта

Формула изобретения

1. Способ определения положения объекта, основанный на использовании фиксированной станции и множества спутников Земли и измерении в эталонной системе координат, состоящий в том, что определяют положение фиксированной станции и спутников в эталонной системе координат по отношению к точке отсчета и измеряют расстояния от фиксированной станции до спутников Земли, отличающийся тем, что осуществляют передачу с фиксированной станции прямого периодического сигнала, синхронизированного с передающим тактовым импульсом фиксированной станции, через первый и второй спутники на объект, положение которого определяется, принимают на объекте прямой периодический сигнал, синхронизируют на объекте тактовый импульс объекта с полученным прямым периодическим сигналом, переданным через первый спутник, измеряют на объекте первую относительную временную разницу между полученными прямыми периодическими сигналами, переданными через первый и второй спутники, передают с объекта на фиксированную станцию через первый спутник обратный сигнал, синхронизированный с тактовым импульсом объекта и модулированный информацией, указывающей на первую относительную временную разницу, принимают на фиксированной станции обратный сигнал, синхронизируют на фиксированной станции принимаемый тактовый импульс фиксированной станции с полученным обратным сигналом, измеряют на фиксированной станции вторую относительную временную разницу между тактовыми импульсами передачи и приема фиксированной станции, вычисляют на фиксированной станции на основе первой и второй относительных временных разниц соответствующие расстояния от первого и второго спутников до объекта и вычисляют положение объекта в эталонной координатной системе.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что передача прямого сигнала включает генерацию первого прямого периодического сигнала, имеющего несущую, изменяющуюся линейно по частоте циклическим образом на заранее определенном частотном уровне, где каждый цикл несущей первого прямого периодического сигнала имеет заранее определенный временной период, причем первый периодический сигнал может быть промодулирован информацией, генерацию второго прямого периодического сигнала, имеющего несущую изменяющуюся линейно по частоте и циклически на втором заранее определенном частотном уровне, где каждый цикл несущей второго прямого периодического сигнала имеет заранее определенный временной период, причем оба периодических сигнала синхронизованы с передающим тактовым сигналом станции, и передачу первого и второго прямых сигналов с соответствующей антенны фиксированной станции на соответствующую антенну первого и второго спутников.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерение первой относительной временной разницы включает измерение периодического фазового сдвига с учетом периода прямого периодического сигнала между частью циклической модуляции прямого сигнала, полученного на объекте через второй спутник, и соответствующей частью циклической модуляции прямого сигнала, полученного на объекте через первый спутник.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что передача обратного сигнала включает генерацию обратного сигнала, содержащего информацию о первой относительной временной разнице между прямыми сигналами, полученными на объекте через первый и второй спутники, измеренную перед передачей обратного сигнала, и передачу обратного сигнала с антенны объекта на фиксированную станцию через первый спутник.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что вычисление соответствующих расстояний между первым и вторым спутниками и объектом включает определение по второй относительной временной разнице величины времени двойного прохождения, соответствующего задержке двойного прохождения сигнала, идущего от фиксированной станции до объекта и обратно через первый спутник, определение по обратному сигналу первой относительной временной разницы путем демодуляции информации, модулирующей обратный сигнал, указывающей на первую относительную временную разницу, определение по величине двойного прохождения и по первой относительной временной разнице времени прямого распространения прямых сигналов, переданных через первый и второй спутники на объект, определение расстояний, которые прошел прямой сигнал, путем умножения величины, соответствующей времени каждого прямого распространения, на известную величину, соответствующую скорости распространения прямого сигнала, и вычитание из величин, соответствующих расстояниям, пройденным прямыми сигналами, величин, соответствующих известным расстояниям от фиксированной станции до каждого из спутников.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что вычисление соответствующих расстояний между первым и вторым спутниками и объектом включает определение по второй относительной временной разнице величины времени двойного прохождения, соответствующего задержке двойного прохождения сигнала, идущего от фиксированной станции до объекта и обратно через первый спутник, определение по обратному сигналу первой относительной временной разницы путем демодуляции информации, модулирующей обратный сигнал, указывающей на первую относительную временную разницу, определение по величине двойного прохожденния и по первой относительной временной разнице времени прямого распространения прямых сигналов, переданных через первый и второй спутники на объект, определение расстояний, которые прошел прямой сигнал, путем умножения величины, соответствующей времени каждого прямого распространения, на известную величину, соответствующую скорости распространения прямого сигнала, и вычитание из величин, соответствующих расстояниям, пройденным прямыми сигналами, величин, соответствующих известным расстояниям от фиксированной станции до каждого из спутников.

7. Способ по п.4, отличающийся тем, что вычисление расстояния от первого спутника включает передачу команды с прямым сигналом объекту в особое идентифицированное время в будущем по отношению к тактовому импульсу объекта начать передачу обратного сигнала, генерацию величины времени двойного прохождения сигнала, соответствующей второй относительной временной разнице, деление времени двойного прохождения сигнала пополам для получения первого времени прохождения сигнала в одном направлении, указывающего на первое время прохождения прямого сигнала, посланного через первый спутник на объект, умножение первого времени прохождения сигнала в одном направлении на первую заранее заданную константу, соответствующую скорости прохождения электромагнитного сигнала между фиксированной станцией и первым спутником и между первым спутником и объектом, для получения первой величины расстояния, соответствующего расстоянию, пройденному прямым сигналом между фиксированной станцией и объектом через первый спутник, и вычитание из первой величины расстояния первой известной величины расстояния, соответствующей известному расстоянию между фиксированной станцией и первым спутником, для получения второй величины расстояния, соответствующей расстоянию между первым спутником и объектом.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что вычисление расстояния от второго спутника до объекта включает демодуляцию обратного сигнала для получения величины первого относительного времени, соответствующего первой относительной временной разнице, прибавление величины первой относительной временной разницы к первому времени прохождения сигнала в одном направлении для получения второго времени прохождения сигнала в одном направлении, указывающего на второе время прохождения для прямого сигнала, переданного через второй спутник на объект, умножение второго времени прохождения сигнала в одном направлении на первую заранее заданную константу, соответствующую скорости прохождения электромагнитного сигнала между фиксированной станцией и вторым спутником и между вторым спутником и объектом, для получения третьего расстояния, соответствующего расстоянию, пройденному прямым сигналом между фиксированной станцией и объектом через второй спутник, вычитание из третьего расстояния второго известного расстояния, соответствующего известному расстоянию между фиксированной станцией и первым спутником для получения четвертого расстояния, соответствующего расстоянию между вторым спутником и объектом.

9. Способ по п.4, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют широкополосную модуляцию обратного сигнала для передачи.

10. Способ по п. 2, отличающийся тем, что передача обратного сигнала включает генерацию обратного сигнала, кодирующего информацию, указывающую на первую относительную временную разницу между прямым сигналом, полученным на объекте через первый и второй спутники, и измеренным до передачи обратного сигнала и передачу обратного сигнала с антенны объекта на фиксированную станцию через первый спутник.

11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют модуляцию информацией, предназначенной для объекта первой группы, первого прямого сигнала для связи с объектом и модуляцию другой информацией, предназначенной фиксированной станции, обратного сигнала объекта для связи с фиксированной станцией.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют модуляцию информацией, предназначенной другому объекту второй группы, второго прямого сигнала для связи с другим объектом, передачу другого обратного сигнала с другого объекта, содержащего информацию, указывающую на измеренную временную разницу на другом объекте в приеме первого и второго прямых сигналов, и модуляцию другой информацией, предназначенной для фиксированной станции, обратного сигнала другого объекта для связи с фиксированной станцией.

13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют трансляцию первого прямого сигнала через первый приемопередатчик первого спутника объекту и другому объекту, трансляцию второго прямого сигнала через первый приемопередатчик второго спутника объекту и другому объекту, трансляцию обратного сигнала через второй приемопередатчик первого спутника фиксированной станции и трансляцию другого обратного сигнала через второй приемопередатчик второго спутника фиксированной станции.

14. Способ по п. 12, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют трансляцию первого прямого сигнала через первый приемопередатчик первого спутника объекту и другому объекту, трансляцию второго прямого сигнала через первый приемопередатчик второго спутника объекту и другому объекту, трансляцию обратного сигнала через второй приемопередатчик первого спутника фиксированной станции.

15. Способ по п. 12, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют трансляцию первого прямого сигнала через первый приемопередатчик первого спутника объекту и другому объекту, трансляцию второго прямого сигнала через первый приемопередатчик второго спутника объекту и другому объекту, трансляцию обратного сигнала через первый приемопередатчик первого спутника фиксированной станции и трансляцию другого обратного сигнала через первый приемопередатчик второго спутника фиксированной станции.

16. Способ по п.1, отличающийся тем, что вычисление положения объекта относительно положения первого и второго спутников включает трилатерацию положения объекта путем решения системы из трех независимых нелинейных уравнений, имеющих компоненты неизвестного положения объекта в декартовых х-у-z координатах, известные компоненты спутников в декартовых х-у-z координатах, известное приблизительное расстояние от центра Земли до объекта и измеренные расстояния от первого и второго спутников до объекта.

17. Способ определения положения объекта, основанный на использовании фиксированной станции и множества спутников на земной орбите, положения которых известны в координатах центр Земли фиксированная точка поверхности Земли и модели земной формы, по которой расстояние от центра Земли до любой точки на поверхности Земли известно в рамках указанной координатной системы, отличающийся тем, что осуществляют одновременную передачу с фиксированной станции первого и второго прямых периодических сигналов, синхронизированных с тактовым импульсом передачи фиксированной станции, через первый и второй спутники соответственно на объект, положение которого определяется, прием первого и второго прямых сигналов объектом, причем первый прямой сигнал несет информацию, указывающую на отрезок времени в будущем, когда объект начнет передачу обратного сигнала в соответствии с объектным тактовым импульсом, синхронизированным с первым прямым сигналом, полученным на объекте, измерение на объекте процентного фазового сдвига периода модуляции между одинаковыми частями полученных несущих первого и второго прямых сигналов, причем процентный сдвиг соотносится с первой относительной временной разницей между первым и вторым прямыми сигналами, полученными на объекте, передачу с объекта через первый спутник на фиксированную станцию обратного сигнала, кодирующего информацию, указывающую на первую относительную временную разницу, измерение на фиксированной станции задержки двойного прохождения, являющейся второй относительной временной разницей между тактовым импульсом прямой передачи фиксированной станции и тактовым импульсом приема обратной передачи, синхронизированным с обратным сигналом, полученным на фискированной станции, вычисление первого расстояния между первым спутником и объектом в соответствии с задержкой двойного прохождения, вычисление второго расстояния от второго спутника до объекта в соответствии с задержкой двойного прохождения и первой относительной временной разницей и вычисление положения объекта в координатах в соответствии с первым и вторым расстояниями и с моделью формы Земли.

18. Способ по п.17, отличающийся тем, что объектом, положение которого определяется, является автомобиль, имеющий передвижной терминал связи, способный к двусторонней связи с фиксированной станцией через по меньшей мере один из множества спутников Земли.

19. Способ по п.18, отличающийся тем, что фиксированная станция способна независимо инициировать команду по определению положения автомобиля и поддерживать двустороннюю связь с терминалом связи автомобиля.

20. Способ по п.17, отличающийся тем, что осуществляют предварительное определение соответствия положений первого и второго спутников в системе координат центр Земли фиксированная точка поверхности Земли эталонной системе координат.

21. Способ по п.20, отличающийся тем, что определение позиций первого и второго спутников включает определение соответствующих расстояний от первого и второго спутников до первого, второго и третьего фиксированных наблюдательных пунктов, чьи положения известны по отношению к приблизительному центру Земли, и трилатерацию позиций первого и второго спутников путем решения для каждого из них системы из трех независимых нелинейных уравнений, содержащих компоненты неизвестного положения спутников в декартовых х-у-z координатах, известные компоненты положения наблюдательных пунктов в системе координат центр Земли - фиксированная точка поверхности Земли и декартовых х-у-z координатах и измерение соответствующих расстояний от первого, второго и третьего фиксированных наблюдательных пунктов до соответствующих первого или второго спутников.

22. Система по п.17, содержащая фиксированную станцию с известными координатами и не менее двух спутников на земной орбите, чьи положения также известны, а также устройство для определения расстояния между фиксированной станцией и спутниками, отличающаяся тем, что она содержит первые средства связи, расположенные на фиксированной станции, включающие в себя генератор периодического сигнала, синхронизированного с тактовым импульсом передачи первых средств связи для передачи периодического сигнала на объект через по меньшей мере два спутника, вторые средства связи, расположенные на объекте и включающие в себя приемник периодического сигнала, устройство синхронизации вторых средств связи с полученным периодическим сигналом, переданным через первый спутник из по меньшей мере двух спутников и полученным вторыми средствами связи, устройство измерения первой относительной временной разницы между периодическим сигналом, переданным через первый и второй спутники из по меньшей мере двух спутников и полученным вторыми средствами связи, генератор обратного сигнала, указывающего на разницу во времени, передатчик обратного сигнала через первый спутник первым средствам связи, причем первые средства связи, кроме того, содержат приемник обратного сигнала, синхронизатор тактового сигнала приема первых средств связи с обратным сигналом, устройство измерения второй относительной временной разницы между тактовыми сигналами передачи и приема первых средств связи, устройство для определения по первой и второй относительной временной разнице и по известным расстояниям между первым и вторым спутниками и объектом и определение по известным положениям первого и второго спутников, расстояниям между первым и вторым спутниками и объектом и по известному расстоянию от объекта до опорной точки положения объекта в указанной системе координат.

23. Система по п. 22, отличающаяся тем, что первые и вторые средства связи имеют двустороннюю связь друг с другом через не менее чем два спутника.

24. Система по п. 22, отличающаяся тем, что первые средства связи дополнительно содержат независимое устройство для определения положения объекта.

25. Система по п. 22, отличающаяся тем, что дополнительно содержит средства спутникового слежения для определения соответствующего положения каждого из спутников в указанных координатах центр Земли фиксированная точка поверхности Земли.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к определению местоположения объекта с использованием спутников Земли, в частности к способу и системе определения положения движущихся транспортных средств с использованием времени задержки прохождения сигнала различными каналами связи.

В настоящее время существует потребность в получении информации о месторасположении транспортного средства в особенности при коммерческих транспортных перевозках. Имея доступ к информации о положении транспортного средства база компании транспортных перевозок получает особые преимущества. Она может сообщать покупателю о местоположении, маршруте и времени прибытия грузов. Эта информация может также использоваться в сочетании с эмпирическими данными для определения наиболее экономически эффективных маршрутов следования.

До настоящего времени информация о положении транспортных средств передавалась на базу грузовой компании водителями грузовиков по телефону. Эта информация носила отрывочный характер, поскольку передавалась во время остановок и ее передача соответственно приводила к задержке в доставке груза. В настоящее время индустрия грузовых перевозок использует на транспортных средствах универсальные системы связи, которые обеспечивают двустороннюю связь между базой компании и транспортным средством через спутник.

Использование возможностей радиосвязи с каждым мобильным терминалом для определения положения транспортного средства дает большие преимущества. Отчеты о местоположении транспортного средства в этом случае могут быть получены транспортной компанией по ее запросу, отсутствуют задержки в перевозке грузов, поскольку определение местоположения транспортного средства может происходить во время его движения, неточности в отчетах практически исключены, поскольку база имеет возможность мгновенно устанавливать местоположение транспортного средства.

До настоящего времени способы определения местоположения были относительно не точны или требовали дорогостоящего специального оборудования. Один из таких способов описан в патенте США N4161730 и предусматривает оценку положения с периодическими корректировками. Точность оценки местоположения зависит от точности тактового генератора, установленного на объекте, положение которого необходимо определить. Он также предполагает использование точных космических атомных часовых стандартов на борту спутников (типа GOES).

Другой хорошо известный способ определения позиции основан на использовании серийной системы LORAN-C (радионавигационная система дальнего действия). В ней каждый подвижной объект включает блок LORAN-C, состоящий из антенны и измерительного преобразователя/процессора. Сигналы этой системы принимаются подвижным объектом, где они обрабатываются, а информация о местоположении может быть передана на станцию.

В основу изобретения положена задача создать способ и систему определения местоположения объекта с использованием по меньшей мере двух спутников, обеспечивающих точное определение положения объекта без использования независимого и высокостабильного оборудования, устанавливаемого на спутнике или объекте, положение которого определяется, а также без использования на объекте абсолютного базового времени.

Кроме того, изобретение призвано решить задачу точного определения местоположения объекта с помощью стандартного спутникового приемопередатчика (ретранслятора), а также обеспечить определение положения автомобиля без его задержки и представить базе грузовой компании возможность определять положение автомобиля по своему желанию, не полагаясь на информацию водителей. Задача решается за счет применения метода трилатерации, предусматривающего, что, если положение трех объектов известно по отношению друг к другу и расстояние от каждого из них до четвертого известно, то три измерения позиции четвертого объекта можно определить в рамках координат, описывающих положение первых трех объектов.

Изобретение использует трилатерацию, во первых, привязывая один из трех фиксированных объектов к центру Земли. Поскольку объект, положение которого определяется, обычно автомобиль, движется по поверхности Земли, стандартные геодезические модели применимы для определения расстояния от центра Земли до точки с любой широтой и долготой на ее поверхности. Положения второго и третьего объектов задаются двумя спутниками, положение которых в земных координатах, если не известно, то устанавливается. Расстояние от каждого из спутников до объекта также устанавливается. Когда расстояние от каждого спутника до объекта известно и известно расстояние от объекта до центра Земли, т.е. радиус Земли, три пространственные характеристики объекта определяются и переводятся в широту и долготу.

Способ согласно изобретению может использоваться для начального определения положений двух спутников в земных координатах. Они могут быть переведены в земные координаты, если известно расстояние от спутников до трех фиксированных точек, являющихся наблюдательными пунктами, расположенными на поверхности Земли, положение которых в земных координатах точно известно и которые так же, как и автомобили имеют средства связи. Расстояние от спутников до этих наблюдательных пунктов определяется путем установления времени прохождения радиосигналов, передаваемых к этим пунктам и от них через спутники. Зная время прохождения, можно вычислить расстояние, пройденное сигналом. Когда эти расстояния определены, можно определить положение спутников в земных координатах. Способ согласно изобретению, в первую очередь, может быть использован для определения положения объекта на поверхности Земли. Может быть определено и расстояние от каждого из двух спутников до объекта также на основании информации о времени прохождения радиосигнала.

Более детально сущность изобретения состоит в следующем. Наземная станция постоянно посылает два радиосигнала с идентичной периодической модуляцией несущий через каждый спутник к объекту, положение которого определяется. В качестве объекта может быть подвижный объект или автомобиль, имеющий станцию связи. Сигналы наземной станции, передаваемые объекту, направляются к нему как прямые сигналы (далее по тексту сигнал, следующий от фиксированной наземной станции к объекту, положение которого определяется, обозначается как "прямой", а сигнал, следующий в обратном направлении "обратный)". Объект постоянно принимает эти периодические прямые сигналы и измеряет процент периодического фазового сдвига между двумя сигналами. Разность фаз образуется за счет того, что один сигнал проходит больший путь до спутника, чем другой. Объект передает обратный сигнал, содержащий информацию о процентном сдвиге, после произвольной задержки, значение которой не существенно и не требуется знать. Обратный сигнал передается по тому же пути, что и прямой с первого спутника на наземную станцию.

Принимая сигнал через первый спутник, объект осуществляет корректировку стандарта тактового импульса по приему периодического сигнала. Таким образом, тактовый импульс объекта сдвинут по времени от передаваемого наземной станцией сигнала из-за задержки его распространения и с определенного момента объект может передать наблюдаемый фазовый сдвиг между двумя сигналами. Наземная станция получает обратный сигнал через первый спутник и располагает информацией о том, что начавшееся в определенном цикле сообщение прибыло позже, чем этот цикл прошел с прямым сигналом. Значение этой задержки интерпретируется как задержка двойного прохождения сигнала от станции до объекта и обратно через первый спутник.

Задержка прохождения сигнала изменяется, когда объект меняет положение. Тем не менее, поскольку стандарт тактового импульса объекта корректируется по полученному прямому сигналу, стандарт изменяется с изменением задержки прохождения. Поскольку функция определения положения осуществляется объектом в произвольный момент, она не затруднена даже, если объект двигался с момента посылки ему запроса. Объекту в этом случае необходимо производить измерение сдвига двух периодических сигналов непосредственно перед передачей на наземную станцию соответствующих данных.

Необходимо отметить, что в этом случае нет необходимости в отметке прошедшего времени с помощью временных меток, как это предусматривалось в других изобретениях. Прямой сигнал никак не помечается на наземной станции до передачи ни в момент поступления на объект, ни перед передачей обратного сигнала с объекта. Фазовый сдвиг между двумя сигналами, поступившими на объект, также не помечается по отношению к абсолютному эталону времени или времени, поскольку он определяется только по местному объектному тактовому импульсу, который постоянно корректируется при движении автомобиля и спутника. На станции только сравнивается меняющееся время приема импульса с текущим временем передачи для получения задержки двойного прохождения.

Когда получена эта задержка, известна скорость радиосигнала и расстояние от станции до первого спутника, можно вычислить расстояние от первого спутника до объекта. Расстояние от объекта до второго спутника вычисляется по процентному фазовому сдвигу на объекте, задержке прохождения сигнала через первый спутник, известной скорости радиосигнала и расстоянию от второго спутника до станции. Таким образом, способ позволяет определить расстояние от каждого из спутников до объекта, положение которого определяется. Зная положение спутников по отношению к центру Земли и расстояния от этих спутников до объекта, можно применить трилатерацию для определения объекта по отношению к центру Земли и спутникам.

В изобретении передвижной терминал связи служит в качестве приемника и передатчика объекта, положение которого определяется. Наземная станция связывается с терминалом через основной спутник. Следящая база транспортной компании способна связываться с наземной станцией для осуществления связи с передвижным терминалом.

Обычно определение положения автомобиля инициирует база транспортной компании. Тем не менее, передвижной терминал сам может начать определение положения, например, когда трейлер отделяется от тягача. Информация о месте определения трейлера может быть передана на базу.

Изобретение обеспечивает определение положения автомобиля по величинам, связанным с временем прохождения сигнала. Величины, соответствующие задержке двойного прохождения сигнала, переданного через приемопередатчик первого спутника, и разнице в одностороннем прохождении сигналов, переданных через приемопередатчики первого и второго спутников, формируются и используются для вычисления положения автомобиля.

Задержка двойного прохождения вычисляется путем сравнения текущего времени тактового импульса передачи станции с временем тактового импульса приемника станции в момент получения обратной передачи от автомобиля. Местный сигнал времени объекта (автомобиля) корректируется после получения прямой передачи со станции и таким образом включает в себя задержку распространения по отношению к тактовому сигналу передачи станции. Обратная передача с автомобиля осуществляется с использованием известных систем связи коллективного доступа с временным разделением каналов.

Обратный тактовый сигнал может динамически регулироваться на станции в реальном времени для обеспечения высокой точности демодуляции из множества сигналов, передаваемых автомобилем.

Учитывая разницу в прохождении сигнала в одном направлении, нет необходимости в отметка абсолютного времени для определения временной разницы между проходящими сигналами. Временная разница вычисляется как функция фазового сдвига в периодической модуляции принимаемых сигналов.

С помощью изобретения можно определить положение различных автомобилей в различных группах. Различные сочетания приемопередатчиков основного и вспомогательного спутников могут использоваться для облегчения связи и определения места автомобилей в различных группах. В любых применениях использование двух спутников облегчает формирование величины двойного прохождения сигнала и временной разницы прохождения.

На фиг. 1 показан пример использования трилатерации в изобретении;

на фиг. 2 пример для определения расстояний между спутниками и объектом, положение которого определяется;

на фиг. 3 пример для определения положения спутника;

на фиг. 4 пример для определения расстояния между наземной станцией и спутниками и между другими наблюдательными пунктами и спутниками;

на фиг. 5 форму прямых первого и второго несущих сигналов, принимаемых объектом, положение которого определяется, или другим терминалом связи, используемым для определения положения спутников;

на фиг. 6 график, иллюстрирующий отсчет времени на наземной станции и на объекте;

на фиг. 7 пример системы определения положения с двумя спутниками и четырьмя приемопередатчиками;

на фиг. 8 пример системы определения положения с двумя спутниками и тремя приемопередатчиками.

Способ определения положения объекта наилучшим образом иллюстрируется применительно к наземному подвижному объекту автомобилю, в области коммерческих грузовых перевозок.

Элементы, необходимые для определения местонахождения объекта, изображены на фиг. 1. Центр или неподвижная наземная станция (далее станция) 10, изображенная на фиг. 1, снабжена терминалом связи 10а, способным связываться со спутниками и содержащим передатчик, интерфейс с базой заказчика и процессор.

Станция 10 также включает антенны основную 10в и вспомогательную 10с. Основная антенна 10в находится в зоне прямой видимости с основным спутником S1 и может следить за ним. Сообщения с основной антенны 10b обычно представляют собой цифровую информацию, модулируемую несущим сигналом. Несущий сигнал это радиосигнал с пилообразной периодической частотной модуляцией. Вспомогательная антенна 10c находится в зоне прямой видимости с вспомогательным спутником S1 и может следить за ним. Сообщения с вспомогательной антенны 10c обычно представляют собой несущую без модуляции цифровой информацией, хотя периодическая пилообразная модуляция остается.

Основной и вспомогательный спутник S1 и S2 являются спутниками Земли, снабжены стандартными ретрансляторами и размещены на геосинхронной орбите на линии прямой видимости со станцией 10 и объектом 12. Желательно, чтобы они имели угловое удаление в пределах 8-24 градусов, хотя возможны и углы в пределах 3-70 градусов.

В данном случае движущимся объектом является обычный грузовик, имеющий терминал связи 14 с антенной 16, смонтированной в прицепе или кабине, следящий за спутниками S1 S2. Он способен принимать и передавать от спутника и к спутнику S1 и обычно только принимать сигналы от спутника S2.

Способ определения положения автомобиля согласно настоящему изобретению реализуется решением ряда нелинейных уравнений. Эти уравнения содержат компоненты неизвестного положения автомобиля в декартовых координатах x-y-z с одной стороны и наблюдаемые ( или измеренные ) расстояния с другой стороны. Каждая из величин L1, L2, и L3 определяется через функцию расстояния. Следовательно, каждая величина сумма квадратов разницы трех декартовых компонентов, где

L1 [(xS1 xV)² + (yS1 yV)² + (zS1 zV)2]^1/2 (1)

L2 [(xS2 xV)² + (yS2 yV)² +(zS2 zV)2]^1/2 (2)

L3 [(xV)² + (yV)² +(zV)2]^1/2 (3)

Способ предусматривает измерение декартовых координат объекта xV xV - zV. Следовательно, три неизвестные величины с правой стороны уравнения выражаются уникально тремя выражениями. С левой стороны три величины определяются этими выражениями. Величины расстояния слева (кроме L3) получаются через измерения, являющиеся частью настоящего способа. Расстояние L3 является радиусом Земли, т.е. расстоянием от центра Земли до автомобиля, которое составляет 6378137 м. Может быть применен более сложный метод, определяющий L3 в соответствии с моделью эллипса, который использует экваториальный радиус 6378137 м и полярный радиус 6356752 м Соответственно уравнения (1-3) выполняются через процесс итерации, который приближается к точным координатам автомобиля.

Хотя основная цель изобретения определение положения автомобиля, необходимы средства для определения текущей позиции спутника, информация о положении которого может быть получена с его контроллеров.

Текущая информация о положении спутника может быть также получена через обратный процесс трилатерации с использованием ряда фиксированных наблюдательных пунктов с известными декартовыми координатами. Процесс определения положения спутника описан ниже со ссылками на фиг. 3 и 4.

Определение расстояния между спутником и автомобилем осуществляется путем преобразования времени прохождения радиосигнала в расстояние, которое этот сигнал прошел. Как показано на фиг. 2, прямой сигнал передается со станции 10, с антенн 10b и 10c, через спутники S1 и S2 соответственно к объекту 12. Сигнал, передаваемый с антенны 10b через спутник S1, идентифицируется как прямой сигнал связи 20 с направлениями связи Земля спутник и спутник - Земля, обозначенными соответственно 20a и 20b. Сигнал, передаваемый с антенны 10c через спутник S2 прямой сигнал связи 22 с направлениями связи Земля - спутник и спутник Земля, обозначенными 22a и 22b соответственно. Несущие прямых сигналов 20 и 22 идентичны и синхронизированы, когда генерируются для передачи. Прямой тактовый импульс используется для генерации периодически пилообразно-частотно-модулированной (ЧМ) прямых сигналов связи. Когда прямой сигнал связи 22 используется только для целей определения расстояний, ретранслятор спутника может работать со значительно меньшей мощностью. Например, уровень мощности передатчика может быть только 10% от 10 Квт для поддержания немодулируемой несущей и все же обеспечивает адекватный сигнал измерения дальности.

На объекте 12 терминал 14 принимает через антенну 16 прямые сигналы 20 и 22, показанные на фиг.5. Терминал 14 измеряет процентный фазовый сдвиг между этими ЧМ пилообразными периодическими сигналами или путем независимой согласованной фильтрации обоих сигналов и сравнения временной разницы между ними, или путем их смешивания и выделения временной разницы по фазе результирующего сигнала.

Измеряемый процентный фазовый сдвиг интерпретируется как временная разница DT между абсолютным временем T1 и T2, которые недоступны на объекте 12, так как базовое время на нем корректируется после получения периодической модуляции через спутник S1 и подчинено положению автомобиля и и/или движению спутника около его номинального положения в пространстве. Тем не менее процентный фазовый сдвиг соотносится с реальной временной разницей DT и определяется для математических целей как разница в абсолютном времени, хотя T1 и T2 неизвестны.

DT T2 T1 (4)

Терминал 14 может передавать обратный сигнал связи 24 через основной спутник S1 на станцию 10 по линии связи Земля спутник и спутник Земля, обозначено 24a и 24b.

На объекте 12 терминал использует специальные алгоритмы приема и слежения за посылаемыми спутником сигналами. Эти алгоритмы используются для последовательного приема и слежения за периодической модуляцией спутниковых прямых сигналов, чтобы осуществить измерение фазового сдвига. Обычно направленная антенна автомобиля следит за сигналом основного спутника, но для того, чтобы измерить фазовый сдвиг, антенна поворачивается по азимуту для принятия сигнала второго спутника. Терминал 14 имеет фильтр согласования, настроенный на прием прямого сигнала, передаваемого через второй спутник. После принятия вспомогательным спутником сигнала антенна меняет азимут для приема и слежения за сигналом основного спутника и в это время объект измеряет фазовый сдвиг.

0братный сигнал 24 несет информацию, указывающую на разность во времени между прямыми сигналами 20 и 22 на объекте 12, т.е. DT. Временная разница DT отмечается на объекте 12 немедленно, раньше, чем передача обратного сигнала 24.

После получения обратного сигнала 24 на станции 10 терминал 10a измеряет требуемый временной сдвиг в обратном сигнале для извлечения информации. Этот сдвиг обратных сигналов относительно прямых сигналов, используемых при формировании периодической пилообразной модуляции, изображенный на фиг.5, обозначается как мгновенная RTD (задержка двойного прохождения сигнала).

Эта RTD соотносится с мгновенным временем двойного прохождения сигнала (или расстоянием), передаваемого со станции 10 через спутник S1 к объекту 12 и возвращаемого от объекта 12 через спутник S1 на станцию 10 где

RTD время передачи время приема (5)

Тактовый импульс объекта 12 синхронизируется сигналом несущей принятого прямого сигнала. Так как прямой сигнал задерживается в пути, тактовый импульс объекта 12 задерживается по отношению к несущей этого сигнала на время его распространения. Синхронизация по полученному сигналу осуществляется таким образом, чтобы извлечь информацию, содержащуюся в несущей сигнала в пределах между станцией 10 и объектом 12. Передача информации между станцией 10 и объектом 12 осуществляется в формате TDMA (коллективного оступа с временным разделением каналов). Такая система связи раскрыта в патенте США N 4979170. Таким образом, станция 10 может дать команду объекту 12 немедленно или в заданное время начать определение позиции. Каждый раз, когда тактовый импульс объекта 12 синхронизируется с несущей полученного прямого сигнала, могут быть предприняты шаги по определению положения.

Фиг. 6 иллюстрирует относительные сдвиги в тактовых импульсах на станции 10 и объекте 12. Станция 10 передает данные циклами, показанными на верхней линии. Один или более циклов, например цикл 051, содержит посылаемую объекту команду начать передачу данных, относящихся к временной разнице DT, на станцию 10 в определенном цикле, например 103. Используя синхронизацию начала передачи, станция 10 будет ожидать получения данных в цикле 103.

Объект 12 получает команду в цикле 051 с задержкой во времени по отношению к началу передачи станцией на величину распространения прямого сигнала FLD. На объекте команда интерпретируется с временной разницей DT, определенной до передачи данных в цикле 103. С началом цикла 103 на объекте 12 данные передаются назад на станцию 10. Задержка в передаче по отношению к переданному тактовому импульсу равна FLD.

Обратный сигнал широкополосный модулированный сигнал с минимальной псевдослучайной модуляцией 1 МГц. Короткий период, псевдослучайность, максимальная длина кода, период 63, используются для быстрого обнаружения начала обратного сигнала. Остальная часть сообщения модулируется таким образом, что на каждый период длиной 63 модулируется дополнительная псевдослучайная последовательность с периодом 31. Комбинация последовательности длиной 63 и последовательности длиной 31 даст период длиной 1953 элементов сигнала. Такая дина в микросекундах позволяет демодулятору обратного сигнала свести коэффициент ошибок менее чем к 10% элемента широкополосного сигнала таким образом уточнить измерение задержки двойного прохождения сигнала до 0,1 мкс.

Сигнал, передаваемый от объекта 12 на станцию 10, также подвергается задержке прохождения RLD, RLD равно FLD с небольшими допусками, т.к. сигнал проходит один и тот же путь. Принимаемый станцией 10 тактовый импульс сдвинут в синхронизации по отношению к передаваемому тактовому импульсу за счет задержек прохождения. Этот сдвиг-RTD (задержка двойного прохождения) равен FLD+RLD. Принимаемый тактовый импульс сдвинут, чтобы правильно демодулировать данные цикла.

Станция 10 получает в цикле 103 в соответствии с началом отсчета передаваемую объектом 12 информацию о DT. Несколько бит информации накапливается, когда циклы демодулируются и отслеживаются оборудованием станции. В течение нескольких циклов от начала цикла 103 со времени начала приема станцией решается, что сопряжение установлено и определение RTD сделано и записано. В примере, изображенном на фиг. 6, сопряжение установлено в течении 105 цикла с начала приема тактового импульса. Определение задержки распространения происходит путем сравнения тактового импульса приема с текущим значением тактового импульса передачи. В этом приеме тактовый импульс передачи заканчивает 107 цикл и начинается 108, когда RTD интерпретируется по отношению к принимаемому импульсу, находящемуся с середине 105 цикла. Этот сдвиг в 2,5 цикла можно перевести в RTD, т.к. каждый цикл определенный отрезок времени. Разделив RTD пополам, получим величину FL1, которая связана со временем прохождения прямого сигнала 20, т.е.

FL1 RTD2 (6)

Добавив величину DT, которая корреспондируется с разницей во времени между прямыми сигналами 20 и 22 на объекте 12 и величиной FL1, получим величину FL2, соответствующую времени распространения прямого сигнала 22, т.е.

FL2 FL1 + DT (7)

Величины F1 и FL2 умножаются затем на скорость электромагнитного сигнала в открытом космосе. Это умножение дает путь, пройденный соответственно сигналами 20 и 22. Так FL1 и FL2 используются для определения расстояния между спутниками S1 и S2 по отношению к объекту 12.

Настоящее изобретение обеспечивает измерение расстояний между станцией 10 и спутниками или использует величины расстояний, полученные на спутнике. Расстояние от станции 10 до спутников S1 и S2 обозначаются величинами D1 и D2, а от объекта 12 до спутников S1 и S2 L1 и L2. Величины L1 и L2 вычисляются путем вычитания D1 и D2 из расстояния, пройденного сигналами 20 и 22 соответственно. Расстояние могут быть вычислены по следующим уравнениям:

L1 (FL1) c D1 (RTD/2) c D1 (8) и

L2 (FL2) c D2 ((RTD/2) + DT)) c D2 (9)

где

c-скорость света в открытом космосе.

Таким образом, расстояние от двух известных точек, т.е. спутников S1 и S2, до объекта может быть определено в соответствии с настоящим изобретением. С его помощью можно определить положение автомобиля с точностью до мили по сравнению с реальным, принимая во внимание поправки на измерение RTD и DT и на точность расстояния до земной поверхности L3.

Когда известны расстояния L1 и L2, известен радиус Земли и x-y-z координаты спутников S1 и S2, используется трилатерация для определения координат x-y-z объекта в декартовой системе координат с точкой отсчета в центре Земли. Решив уравнения 1-3, получим положение объекта.

Хотя основная задача настоящего изобретения определение положения движущегося объекта, необходимы надежные методы определения текущего положения спутника с точностью до 30 м. Например, через обратный процесс трилатерации при помощи нескольких наблюдательных пунктов, используя те же RTD И DT, описанные выше.

Для применения трилатерации в вышеописанных случаях декартова координатная система x-y-z привязывается к центру Земли. Позиции основного и вспомогательного спутников определяется так же, как положение подвижного объекта. По существу измеряются расстояния от этих спутников минимум до трех разных геометрических точек с известными координатами для определения положения спутника. В трех разных геометрических точках размещены терминалы связи, положение которых в земных координатах точно известно. Расстояние от каждой из этих точек до каждого из спутников измеряется с использованием значений RTD и DТ с дополнительным требованием один из терминалов располагался вместе со станцией 10, чтобы можно было вывести расстояние от станции до спутника из расстояния до каждого из наблюдательных пунктов.

Надо отметить, что скорость спутника также должна быть оценена, чтобы его положение можно было бы точно экстраполировать на любой момент времени. Без точной экстраполяции осуществление функции навигации объекта ухудшается. Лучший путь осуществлять экстраполяцию положения по информации, содержащейся в данных слежения это оценивать положение и скорость одновременно в последовательной фильтрующей схеме, такой как хорошо известный фильтр Калмана.

Использование фильтрации по Калману имеет преимущество, состоящее в том, что данные слежения необязательно получать одновременно, можно и последовательно. Когда полученны данные нового наблюдения, их можно перевести в новые состояния положения и скорости. Фильтр имеет минимум шесть состояний - три для позиции и три для скорости. Добавление трех состояний для ускорения значительно улучшает слежение за орбитальным движением. Фильтр отслеживает и неорбитальные движения, которые имеют место при работе двигателей маневрирования спутника.

Техника фильтрования Калмана может быть использована для перевода данных о RTD и DT фиксированных наблюдательных пунктов в положение спутника в реальном времени, применяя последовательные во времени отчеты с заранее определенными интервалами фиксированных наблюдательных пунктов. Например, отчитывается 1-й пункт, через минуту 2-й и т.д.

На фиг. 3 показаны компоненты для определения положения спутников S1 и S2 с тремя фиксированными наблюдательными пунктами фиксированную станцию 10 и фиксированные объекты 30,32 и 34, которые могут быть подвижными объектами с известным местоположением. Фиксированная станция 10 снабжена терминалом связи 10a, основной антенной 10b и вспомогательной 10c. Фиксированный подвижной объект 30 снабжен терминалом связи или приемопередатчиком 30a и антенной 30b. Аналогично фиксированные объекты 32 и 34 снабжены терминалами связи 32a и 34a и антеннами 32b и 34b. В примере на фиг. 3 спутник S1 первый спутник, положение которого определяется, находится на земной орбите и в момент определения положения расположен на линии прямой видимости с наблюдательными пунктами, т.е. станцией 10 и объектами 30,32 и 34.

На фиг. 4 показаны сигналы, используемые для измерения расстояния между станцией 10 и спутником S1. Предпочтительный вариант предусматривает расположение одного наблюдательного пункта объекта 30 вместе со станцией 10. Тогда расстояние между станцией 10 и спутником S1 такое же, как расстояние D1" между объектом 30 и спутником, т.е.

D1 D1" (10)

Станция 10 передает с основной антенны 10b прямой сигнал 40, состоящий из части 40a, идущей до линии Земля-спутник, и частей 40b и 40c, идущих по линии спутник-Земля. Прямой сигнал 40 передается с антенны 10b (часть 40a) через спутник S1 на объект 30, расположенный вплотную к станции 10 (часть 40b). Прямой сигнал 40 также передается с антенны 10b через спутник S1 на объект 32 (части 40a и 40c).

После получения прямого сигнала 40 объект 30 передает обратный сигнал 42 по линии связи 42a и 42b через спутник S1 на станцию 10, где измеряется RTD по комбинациям путей сигнала 40 и 42. Величина RTD делится на 4, чтобы получить время распространения сигнала от станции 10 до спутника S1. Кроме того, RTD, деленная пополам, дает величину FLS1, определяющую время прохождения сигнала от станции 10 до объекта 30 через спутник S1. Умножив время прохождения сигнала на скорость радиосигнала в космосе (константа с) получим расстояние D1. Это расстояние между станцией 10 и спутником S1 может быть выражено следующим образом:

D1 (RTD/4) c (FLS1/2) c (11)

Фиг. 4 иллюстрирует сигналы, используемые для измерения расстояния между станцией 10 и вспомогательным спутником 2. Одновременно с сигналом 40, передаваемым антенной 10b, с антенны 10c передается сигнал 44 по линии связи 44a, а также линиям 44b и 44c. Прямой сигнал 44 передается с антенны 10c (44a) через спутник S2 на объект 30 (44b), находящийся вместе со станцией 10, и на отдаленный объект 32 (44c).

Объект 30 измеряет процентный сдвиг между ЧМ пилообразными сигналами 40 и 44. Затем он передает обратный сигнал 42 (части 42a и 42b) через спутник S1 на станцию 10, содержащий информацию о величине DT, соответствующей временной разнице между приемом прямых сигналов 40b и 44b. Величина FLS2, соответствующая времени задержки прямого сигнала при прохождении от станции 10 к объекту 30 через спутник S2, может быть вычислена следующим образом:

FLS2 FLS1 + DT (12)

Из уравнения 12 можно вычислить расстояние D2 между станцией 10 и спутником S2:

D2 (FLS2/2) c (13)

где

c скорость распространения радиосигнала в космосе.

Фиг. 4 иллюстрирует также сигналы, используемые для определения расстояния от спутников S1 и S2 до другого фиксированного наблюдательного пункта. Этот процесс, описанный на примере определения расстояний от спутников S1 и S2 до объекта 32, применим для определения расстояний до любого другого объекта, такого, например, как объект 34 (фиг.3).

Станция 10 передает с антенн 10b, 10c одновременные синхронизированные прямые сигналы 40 и 44 объекту 30 соответственно через спутник S1 (линии связи 40a и 40c) и второй спутник S2 (линии связи 44a и 44c). Объект 32 измеряет процентный сдвиг между ЧМ пилообразными полученными сигналами 40 и 44. Затем объект 32 передает обратный сигнал 46 по линиям связи 46a и 46b через спутник S1 на станцию 10. Обратный сигнал 46 содержит информацию, указывающую на временную разницу DT, выведенную из процентного фазового сдвига.

Станция 10 измеряет задержку двойного прохождения сигнала RTD1A сигналов 40 и 46 путем сравнения обратного импульса с прямым. Если RTD1A измеряется, когда еще не вычислено D1, используется экстраполированное значение D1, получаемое отслеживанием степени его изменения в дополнение к измерениям его текущей величины. Разделив RTD1A пополам, получим время распространения радиосигнала FLS1A от станции 10 через спутник S1 до объекта 32, т.е.

FLS1A RTD1A/2 (14)

Таким образом величина времени FLS1A соотносится с временем распространения сигналов 40a и 40b.

Умножив время FLS1A на скорость распространения радиосигнала в космосе, получим расстояние, пройденное сигналами 40a и 40c. Путем вычитания из этого расстояния ранее вычисленного расстояния D1 получим расстояние LS1A между спутником S1 и объектом 32, где

LS1A [(RTD1A/2) c] D1 (FLS1A c) D1 (15)

Подобным образом вычисляется расстояние между спутником S2 и объектом 32. Время FLS2A распространения сигнала от станции 10 через спутник S2 равно времени FLS1 плюс временная разница DT, т.е.

FLS2 FLS1 + DT (16)

Умножение FLS2A на скорость распространения радиосигнала в космосе дает рассеяние, пройденное сигналами 44a и 44c. Вычитая из него ранее вычисленную величину D2 получаем расстояние LS2A между спутником S2 и объектом 32. Этот процесс определения расстояния можно выразить следующим образом:

LS2A (FLS2 c) D2 (17)

Необходимо отметить, что D2 может быть также экстраполированной величиной так же, как и D1.

Когда расстояния от спутников S1 и S2 до трех или более фиксированных объектов определены, например до объектов 30, 32, 34, можно определить положение спутников. Трилатерация используется для того, чтобы получить значения декартовых координат спутников S1 и S2 по отношению к центру Земли. Накопление расстояний D1 и LS1A через LS1N используется для вычисления с помощью калмановской фильтрации в процессе трилатерации положения спутника S1 в декартовой системе координат. Аналогичным образом накопление расстояний D2 и LS2A через LS2N используется для вычисления положения вспомогательного спутника S2.

Некоторые вышеописанные процедуры требуют, чтобы объект имел передвижной терминал связи, способный измерять процентный фазовый сдвиг между двумя одновременно переданными со станции 10 синхронизированными промодулированными сигналами. Измерение временной разницы DT осуществляется путем сравнения копии сигнала с двумя сигналами, полученными терминалом объекта (согласованная фильтрация). Пиковое детектирование указывает, когда произошло совпадение. Величина фазового сдвига в копии, которая необходима для детектирования обоих сигналов, определяет временную разницу DT. Более того, нет необходимости использовать независимый осциллятор для генерирования копии в соответствии с точным и абсолютным базовым временем, таким как универсальное координированное время (UCT). Данное изобретение требует только обеспечения точности частоты осциллятора лучше, чем десять импульсов в минуту по отношению к осциллятору станции 10. К тому же программные средства на объекте 12 осуществляют операции, которые эффективно корректируют и синхронизируют этот осциллятор по базовому времени с помощью сигнала 40c со спутника S1. Фиг. 5 иллюстрирует пример временных сигналов, полученных терминалом объекта.

Два прямых сигнала идентичны, однако отличаются по центральной несущей частоте. Поскольку эти сигналы синхронизированы, их формы изначально совмещены.

Когда сигналы, например, 20 и 22, показанные на фиг. 2, достигают подвижного объекта, находящегося в движении или в фиксированном состоянии, они уже не совпадают как прошедшие разные расстояния.

Изменение во времени несущих частот сигналов 20 и 22, полученных на подвижном объекте, показано на фиг. 5. Они периодически линейно изменяются по частоте от центральной частоты. Базовая частота сигналов 20 и 22 может быть одинаковой, если для их идентификации используется поляризация. В противном случае базовая частота сигналов 20 и 22 должна быть разной. Базовая частота составляет около 14 Гц, а диапазон линейной частотной модуляции составляет 2 МГц. Эти сигналы эмулируют видеосигналы с помощью специальной спутниковой аппаратуры. Эмуляция видеосигнала уменьшает интерференцию на терминалах, которые не настроены на прием таких сигналов. Каждый линейный подъем-падение частоты или период ЛЧМ в наилучшем варианте использования изобретения составляет около 30 мс. Использование треугольной формы модуляции прямого сигнала особенно желательно для измерения на объекте фазовых сдвигов сигналов, прошедших через два или более спутников.

В предпочтительном варианте настоящего изобретения разница во времени прихода сигналов 20 и 22 не может быть больше, чем 8 мс. Используя вышеуказанный вид модуляции (ЛЧМ), объект, производящий измерение DT, может измерять разницу во времени используя сдвиг между сигналами.

На фиг. 7 показана система связи между станцией 10 через спутники S1 и S2 с двумя разными группами, представленными движущимися объектами 32 и 36. Сигналы, передаваемые от станции 10 к движущимся объектам 32 и 36 через спутники S1 и S2, содержащие данные, модулируемые несущей, показаны сплошными линиями.

Прерывистые линии показывают прямые сигналы связи для одной группы пользователей, которые используются для измерения дальности для другой группы и тем самым служат копиями прямых сигналов с периодической модуляцией. Сигналы определения дальности используются только для ЛЧМ образцовых сигналов, предназначенных для другой группы пользователей. При этом цифровая информация, предназначенная для другой группы пользователей, не демодулируется.

Спутники S2 и S2 имеют обычное оборудование приемопередачи, т.е. множество ретрансляторов. На фиг.7 спутник S1 имеет ретрансляторы S1a и S1b, а спутник S2 соответственно S2a и S2b.

Коммуникация между станцией 10 и пользователями из первой группы, представленными объектом 32, осуществляется передачей с антенны 10b прямого сигнала по линии связи 50a и 50b. Объект 32 передает обратный сигнал по линии 52a и 52b через ретранслятор S1b на антенну 10b.

Скоординированный сигнал измерения дальности, являющийся прямым сигналом связи для объекта 36, передается с антенны 10c к объекту 32 через ретранслятор S2a спутника S2. Линия связи передачи этого сигнала, предназначенного для определения положения объекта 32, обозначена соответственно 56a и 56b".

Подвижные объекты из второй группы пользователей, представленные объектом 36, также связываются со станцией 10. Станция 10 передает прямой сигнал по линии связи 56a и 56b с антенны 10c через ретранслятор S2a спутника S2 к объекту 36. Обратный сигнал передается по линии связи 58a и 58b с объекта 36 через ретранслятор S2b на станцию 10, где принимается антенной 10c. Скоординированный сигнал определения дальности, который тоже является прямым сигналом для объекта 32, передается с антенны 10b к объекту 36 через ретранслятор S1a спутника S1. Линии связи этого сигнала соответственно обозначены 50a и 50b". Этот сигнал определения дальности используется для определения положения объекта 36.

На фиг.8 показано альтернативное построение системы связи, использующей только три ретранслятора два на одном спутнике и один на другом. Станция 10 передает прямой сигнал связи по линии 70a и 70b через ретранслятор S1a спутника S1 к объекту 32 первой группы. Обратный сигнал, проходящий по линии связи 72a и 72b, передается от объекта 32 на антенну 10b станции 10 через ретранслятор S1b спутника S1. Сигнал определения дальности, который является прямым сигналом связи между станцией 10 и объектом 36, проходящий по линии связи 76a и 76b, передается с антенны 10c. Этот сигнал определения дальности передается на объект 32 через ретранслятор S2a спутника S2 и используется для определения позиции объекта 32.

Станция 10 также связана со второй группой, представленной объектом 36. В этой обстановке прямой сигнал связи передается с антенны 10c через ретранслятор S2a спутника S2 к объекту 36 по линии связи 76a и 76b. Обратный сигнал связи передается по линии связи 78a и 78b от объекта 36 через ретранслятор S1b на антенну 10b станции 10. Сигнал определения дальности, который является прямым сигналом для объекта 32, передается со станции 10 по линии связи 70a и 70b. Этот сигнал определения дальности передается по линии связи 70a и 70b" с антенны 10b через ретранслятор S1a спутника S1 к объекту 36 и используется для определения его положения.

Связь и определение расстояния между двумя группами можно осуществить, используя только по одному ретранслятору на каждом спутнике. Каждый спутник в этом случае будет служить основным спутником связи для одной группы пользователей и дополнительным для другой группы пользователей. В этом случае для обоих спутников один ретранслятор будет поддерживать и прямую, и обратную связь для одной группы и давать сигнал определения дальности для другой.