Brevet FR2865543A1 — publié le 20050729

PROCEDE DE FACTORISATION DE DATATION DE PSEUDO DISTANCE DANS UN CONTEXTE DE GNSS ASSISTE La présente invention concerne un procédé de calcul de position basé sur la connaissance de phase de code de plusieurs satellites en vue la connaissance d'une référence horaire correspondant la mesure de ces phases de code la reconstitution des pseudo distances à partir de la référence horaire, d'une position approximative du mobile à positionner, ainsi que des 10 phases de code. Dans le domaine de la téléphonie mobile, il s'avère de plus en plus nécessaire de pouvoir localiser les téléphones mobiles. Pour cela, il est connu d'associer un dispositif de radiotéléphonie cellulaire, du type téléphone mobile GSM (Global System for Mobile communications), à un récepteur GNSS (Global Navigation Satellite System) tel qu'un récepteur du type GPS (Global Positioning System), GLONASS ou GALILEO par lequel le dispositif mobile capte des émissions en provenance de satellites pour connaître sa position. De cette manière, en cas d'accident de la circulation par exemple, le dispositif mobile peut calculer et émettre sa position. La détermination de la position du dispositif peut se faire de la manière suivante: une pluralité de satellites émet en permanence un signal daté à destination du récepteur. Le récepteur synchronisé sur l'horloge des satellites peut alors mesurer le temps de propagation de ce signal et en déduire une distance le séparant d'un satellite particulier. A partir de trois satellites, un tel récepteur est capable d'effectuer une triangulation pour déterminer sa position. Chaque mesure de temps de propagation représente le rayon d'une sphère centrée sur un satellite particulier, le récepteur étant situé sur cette sphère. Avec deux mesures de distance, la position d'un récepteur est sur un cercle formé par l'intersection de deux sphères. Une 2865543 2 troisièmë Mesure sirnultahée réduit l'intersection à deux points, dont un est très éloigné dans l'éspaee et est aisément isolé Toutefois l'horloge du técepteur est affectée d'un biais AT car elle n'est pas totalement synchrone du systeme GPS. En effet, les horloges atomiques des satellites GPS ont un niveau de précision très élevé mais la précision du récepteur GPS, [J'US rudimentaire, est fatalement bea*UCOUp moins précise Ce biais AT d'horloge est dont la différente de temps entré l'horloge du récepteur et l'horloge des satellites et peut atteindre plusieurs secondes. Il se traduit par une erreur de 'mesure de temps de propagation des signaux GPS et par la même, par une erreur c.AT sur les distances satellite- récepteur où c est la vitesse de la Iumiere. Cette erreur se retrouve sur toutes les distancés mesurées pat le récepteu-r. Comme les distances "ne sont pas parfaites puisqu'elles sont entachées d'un biais de temps,, elles sont - pelées pseudo distandèS, Le biais de temps a priori inconnu doit être déterminé. existe donc une quatrième inconnue en trois dimensions (trois satellites) et il est necessaire de mesurer au moins une distance supplémentaire, donc de disposer d'au moins quatre satellites, pour résoudre un système de quatre equations a quatre inconnues. Le signal émis par chaque satellite est un signal pseudo aléatoire module en phase; le récepteur GPS doit ensuite faire l'acquisition de ce signal. Le satellite et le récepteur émettent tous deux au même instant (instant réglé sur l'horloge générale du système GPS) le signal pseudo aléatoire (le récepteur en génère une réplique). Le réceptetir retarde ensuite le début de cette émission jusqu'à ce que son signal se superpose avec celui provenant du satellite. La détermination de ce retard se fait par une technique de corrélation des deux signaux. La valeur de ce retard est ainsi le temps mis par le signal pour se' propager du satellite jusqu'à l'utilisateur. Ce genre de mesure demande une immense précision (meilleure que 100 àO nanosécondes) putsque le terrips mis par le signal pour effectuer Un tel trajet est de l'ordre de 1120ème de seconde. Toutefois, comme l'horloge du D:\DOCUME,, "\sm."ifhb\Lc5tÀLS i'\'ré pt5ÀtÀeb'eidScyrEs\projettl -rem éi l. m. ,oc 2865543 3 récepteur GPS n'est jamais totalement synchronisée sur celle des-sateflites le récepteur va donc devoir constamment ajuster son horloge par approxïmations successives afin de parvenir à la corrélation maximale des deux si L'acquisition du signal nédessite donc un balayage en temps très important par le récepteur Dans un contexte d'Assited-GPS, le processus de calcul de position met en oeuvre un dispositif mobile capable de recevoir et traiter des signaux' GNSS ainsi que de communiquer avec un réseau cellulaire, et un serveur de données d'assistance en charge de diffuser des donnée-SI permettant daider les traitements des signat ( GNSS réalisés dans le mobile. un des modes e fonctionnement, connu sous le nom de 'MS-Assisted' consiste à ce que le serveur diffuse des données d'aide à la mesure de Pseudc) distances sur le signaux GPS, ces mesures étant alors renvoyées vers le serveur qui calcule la position L'objet d'un tel mode de fonctionnement est - minimiser la quantité de données d'assïstahàe. - diminuer le seuil de fonctionnement (en terme de rapport signal sur bruit) du recepteur. En effet l'idée rnaitresSe est de l'assisted GNSS consiste à Eviter au recepteur de demoduler dans le signal in space les ephemerides des satellites cé lui favorise le temps nécessaire au calcul du premier point ainsi que le seuil de fonctionnemen - Fournir au recepteur une prèlocalisation, une idée de l'heure et du dopplèr des satellites," de maniere également à accélérer le fonctionnement Néanmoins dans ce mode de fonctionnement, typiquêment appelé "MS- Assisted", le mobile doit renvoyer vers le serveur les pseudo distances. Dans le but de minimiser le traffic et parce que la position du mobile est a priori connue à l'incertitude de la taille de la cellule près, il est possible de ne renvoyer qu'une information de phase de code. Typiquement dans le cadre du GPS SPS, le code ayant une periodicité de lnos, le mobile renvoie vers le serveur les mesures de positron du debut d'une longeur de code dans une milliseconde données (cf figure 1), généralement référencées par rapport au D: \ DOCU sm fthb\ LOCAL5 1 \ Te m C.DATA. Miel& N 0 7 ES \ p rojetbJOW. doc debut d'une miliseconde heure système GPS. L'heure systeme est alors utilisée pour en déduire par le serveur la position des satéllites au moment de l'emission du signal permettant alors au serveur de trianguler la position de Putflisateur. La quantité d'information transmise est albrÈ réduite car une seule référence horaire (heure de réception) est transmise au serveur. Ge dispositif est partieulièreffient attractif lorsque lé Mobile à accès au temps GPS, typiquement dans un réseau de téléphonie mobile synchronisé sur le GPS, type IS95. Ce n'est pas le cas dans un réseau de téléphonie asynchrone de type GSM. En réseau GSM, l'heure système GPS peut etre retrouvee en lisant sur le message GPS reçu le champs 'rime of Week' 15. Cela oblige le tecepteur mobile à démoduler un message GPS, d'où impact sur le temps de calcul du point et sensibilité du recepteur. Pour retirer le temps de trajet, il faut connaître la position du satellite (il est rappeler que la position du mobile est connue a Incertitude liée à là taille de la cellule près, gràce aux données d'asSistance). Hors la position du satellite est déduite de la connaissance des éphemerides dû des almanacs. Ce qui va à l'encontre du mode de fonctionnement ici décdt visant à minimiser le trafic sur la liaison données d'assistance en né fournissant pas les ephemerides au mobile. Un autre moyen pourrait être d'entretenir par une horloge locale le temps GPS au niveau du rnbbile Mais cela suppose d'avoir eu accès une prerniere fois à l'informetion pour recaller l'horloge locale. D'autre part l'horloge locale des récepteurs étant de qualité restreinte, une erreur de plusieurs 10aines de ms peut apparaître sur cette datation ce qui entraine une erreur au niveau serveur lors du calcul de la poSition des satellites et par suite une érreur sur la résolution de la position de 1 utilisateur D:\D000ME,,,1\5ri-lithb\LOCALS-\Teme.DÀTA.ÉONFI.NâTES\r-ojett) JOW.doc TOW sur un satellite reçu avec une pUiSSarrCe su ISaMMent elevee puis en ajoutant à ce charnp TQW' le temps de trajet, mais cela comporte 2 Inconvénients: 2865543 5 La présente invention propose à cet effet un procédé permettant de minimiser, le trafic de données en mode 'MSassisted' le mobile effectuant des mesures de phase de code, l'ensemble desquelles étant datée par une seule référence horaire correspondant à une heure d'émission et non une heure deréception Le dit procédé comprenant Au moins un satellite de radio navigation, - Au mOins un dispositif mobile - Au moins un serveur d'assistance pour l'amélioration de l'acquisition de données satellitaires par le dispositif mobile, ledit procédé comportant les étapes suivantes: - réception par un desdits dispositifs mobiles desdites données satellitaires estimation par un desdits dispositifs mobiles des phases de code des signaux GPS (ou par extension GNSS) - cf figure 2. Datation desdites phases de code par l'heure d'émission correspondant à l'un des satellites, typiquement le plus fort en vue. TranSmission vers le serveur desdites phases de code et de a datation Estimation par le serveur des pseudodistances associées à chacune 20 des phases de codes. ledit procédé &estimation étant caractérisé en ce que: Le serveur, par la connaissance de la position du mobile obtenue par une inforffiatibn du réseaü position de la cellule de base par exemple, en dedult une datation d'émission des phases de code non concernées;par la datation transmise dans le messaged'assistance. Concrètement dans l'exemple de la figure 2, le pivot de datation est pris sur le satellite 1. Le message renvoyé au serveur est alors constitué par D: DOCUM Ee-l\ smi th 1) \ LOCALS-,I^TerriW.DATA.tON FIG NOTES\ p rojetbJOW. do c 2865543 6 Le serveur a connaissance des ephemerides des satellites. Les étapes de calcul au niveau sbrvéur scintalors les suivantes: Calcul des positions des satellites à l'heure TOW référencée dans Ie message provenant du mobile Calcul des distances drow (k., , MS) séparant le satellite k de la position à priori du mobilé (position approximative obtenue par information de la cellule) à la date TOW. Estfmation du temps de trajet t7o,, (k:MS). TOW - k À/J.5)Y " c est la vitesse de la lumière Application des différentes corrections -4,,,(ke,MS) tm,, (ka, , MS) - - , où. AbKs,i, correspônd, à la correction d'horloge du satellite ksat et dl correspond à la somme des'correction inospherique, troposphérique. Estimation de l'heure d'émission de chaque phase de Code adréssée dans la liste Tm!ssion k = TOW - Mn'(k MS) (1 MS)] TO/V où ET]désigne la partie entière. . Levée d ambiguite: Rc Rc est le rythme chip 1 023MchipsIs dans le cas de GPS alors T.,ffi,on (k _ sa t) - Teinission (k stil) - lins, ri Si Frac [-t;o (ksaf ms) _îTOOV MS)]_ [code phas,e(k.) code _ Phasè(l)] , Oë Rc 2865543 7 Estimations des pseudodistances C..: phee(k,, ;)" p(k = . Rp + E TOIV k MS) T rate (l, MS)]* )]* 10-3 Résolution standard de la position du mobile en résolvant le système suivant: IlPos (k,. TF,nà sin (ksat) - _msll= P(k _sai)+cAclock où Aclock est l'inconnu d'horloge Grace à l'invention, dans un réseau asynchrone du type GSM, il est passible au serveur de données d'assistance en mode MS- Assisted de résoudre la position du mobile sans comettre aucune erreur> et tout en ne transmettant (mobile vers serveur) qu'une seule référence de temps en multiple de ms et un ensemble de phase de d'ode. Avantageusement ledit dispositif tire partie de la connaissance coté serveur des éphémerides des satellites et la positon approxlmative du mobile de sorte qûé le mobile n'a â aUcu" n moment beSoin de connaître ces 15 informations. La présente invention peut aussi être implémenté de manière légèrement différente en rà0pe'rtant au serveur une mesure de phase de code par rapport au début de tranche de milliseconde entretenue sur une horlogé locale. Le champ TOW désignant bien l'heure d'émission des débuts de chaque periode de code sur lequel la mesure est faite, cf figure 3. Là resolution du point se fait alors turellement car les débuts de Période de rôde correspondent tous à la même heure d'emission, mais ne sont naturellernent pas récu en menie temps Le serveur par un calcul similaire au précédent estimé la différence en nombre de milliseconde a ajouter à chaque phase de code pour en déduire les pseudo distances. D: \ DOCUME-1\ smithb^uxÀis- NOTES\ projetb TOW.doc 2865543 8 Notamment, l'invention a ete decnte dans le cas d'un système GPS mais il peut d'agir d'un autre SyStèMe GNSS tel qu'un récepteur du type GLONASS ou GALILEO. D: DOCUM E s LOCALS 1 C DA'T'A. C ON F1G:NOTES\ p rojé tbJOW. 9.evÈN.D-icenoNs. 1.. Procédé de Calcul de position d'un mobile coMportai-ft en autre. - Un serveur de données d'assistance Un dispositf mobile capable de communiquer avec le serveur par l'intermédiaire de réseau de téléphonie mobile, ledit dispositif comprenant un moyen de réception des signaux GPS ou GNSS. - Un procédé elen lequel Ledit dispositif renvoie au serveur un ensemble de phase de code correspondant aux satellites acquis. Ces phases de code étant date par une seule information de date correspondant à l'heure d'emission d'une des phase de code Le serveur déduit de ces informations les heures d'émission correspondant à ces phases de code ainsi que les pseudo distances. Le serveur résoud le point. 2. Procédé de calcul de poSition d'un mobile comportant en outre: Un serveur de données d'assistance Un disposa mobile capable de communiquer avec le serveur par 20, l'intermédiaire de réseau de téléphonie mobile, ledit dispositif t Utt Meyer) de réception des signaux GPS ou GNSS Un procédé selon lequel Ledit dispositif renvoie au serveur un ensemble de phase de code correspondant aux satellites acquis. Ces phases de code rnùesurée par rapport au debut de tranches de milliseconde entretenue par une horloge locale. Les phases de code sont daté par rapport à une heure d'emission. Le serveur déduit de ces phases de code et de l'heure d'émission associée les pseudo distances. Le serveur calcule la position dudit dispositif. D: \DOCUME's,l. \smithb\LOCALS'4eerne.DATA.CONFIG.NOTES\0rojetb JOW.doc