ES2342975T3 - Aparato y metodo para determinar retardados de grupo de receptores en un sistema de multilateracion. - Google Patents
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Abstract
Aparato (12) para identificar qué receptor en una pluralidad de receptores en posiciones conocidas en un sistema de multilateración (1) experimenta un retardo de grupo significativo caracterizado porque comprende para una primera pasada y pasadas subsiguientes: medios (22) para determinar a partir de un primer grupo de receptores (2, 3, 5, 6) una posición detectada de una fuente de señal; medios (22) para determinar a partir de la posición detectada y las posiciones conocidas de un receptor o receptores de un segundo grupo (3, 4, 5, 6) un tiempo de llegada previsto de la señal para el segundo grupo; medios (22) para comparar la diferencia prevista en el tiempo de llegada con una diferencia real en el valor de tiempo de llegada al segundo grupo para derivar una diferencia entre diferencias de tiempo de llegada; medios (22) para derivar una variación en diferencia sucesiva entre diferencias de tiempo de llegada; y medios (22) para determinar cuándo hay una variación significativa en la diferencia entre diferencias de tiempo de llegada.
Description
Aparato y método para determinar retardos de
grupo de receptores en un sistema de multilateración.
La presente invención hace referencia a un
sistema de multilateración para determinar una posición de un
objeto.
Los sistemas de multilateración se utilizan para
proporcionar, en particular, la posición de una aeronave en vuelo o
en pistas de aeropuertos. Una señal transmitida por un transmisor en
la aeronave es recibida por una serie de estaciones receptoras
conocidas, en ubicaciones conocidas. La señal se transmite mediante
un transpondedor de Radar Secundario de Vigilancia (SSR, por sus
siglas en inglés) en 1090 MHz y es una de una serie de tipos de
códigos o formatos Modo A/C y modo S conocidos. Al comparar el
tiempo de llegada de la señal a cada una de las estaciones
receptoras, y con el conocimiento de sus ubicaciones, es posible
calcular la posición de la aeronave en el momento de la
transmisión. Dicho sistema y una técnica de multilateración se
describen en la patente GB2250154.
Cabe destacar que para determinar con precisión
la posición, es necesario cubrir variaciones en la longitud
aparente del trayecto entre partes del sistema. Esto se necesita
para poder derivar diferencias importantes en valores de tiempo de
llegada de la señal. Esto puede dar lugar a un factor llamado tiempo
de retardo de grupo. El desgaste de los componentes, por ejemplo,
puede provocar una variación en el tiempo de retardo de grupo que
puede requerir mantenimiento de las piezas del sistema u otro tipo
de medida correctiva.
La memoria
EP-A-1045256 revela un sistema para
localizar una fuente de señal móvil utilizando las demoras
(retardos) en la recepción de señales en una serie de receptores en
ubicaciones conocidas.
La memoria
US-B1-6360078 revela un método para
compensar retardos de grupo en receptores de una red que sirve para
determinar la posición de una fuente de señal móvil.
La presente invención surgió como un intento de
determinar qué receptor en un grupo de receptores en un sistema de
multilateración experimentaba un retardo de grupo significativo.
De acuerdo a la presente invención, se
proporciona un aparato para identificar qué receptor en una
pluralidad de receptores en posiciones conocidas en un sistema de
multilateración experimenta un retardo de grupo significativo,
caracterizado porque comprende para una primera pasada y la
subsiguiente: medios para determinar a partir de un primer grupo de
receptores una posición detectada de una fuente de señal; medios
para determinar a partir de la posición detectada y las posiciones
conocidas de un receptor o receptores de un segundo grupo una
diferencia prevista en valores de tiempo de llegada para la señal
para el segundo grupo; medios para comparar la diferencia prevista
en el valor de tiempo de llegada con una diferencia real en el valor
de tiempo de llegada del segundo grupo para derivar una diferencia
en diferencia de tiempo de llegada; medios para derivar una
variación en diferencia sucesiva en diferencias de tiem-
po de llegada; y medios para determinar cuándo hay una variación significativa en la diferencia en tiempo de llegada.
po de llegada; y medios para determinar cuándo hay una variación significativa en la diferencia en tiempo de llegada.
De manera preferente, se proporcionan medios
para asignar receptores al primer y segundo grupo. En la realización
preferente los receptores se asignan de manera tal que todos los
receptores participen en el primer grupo y también el segundo
grupo.
Los inventores han determinado que cuando se
experimenta la variación más baja entonces el receptor en el
segundo grupo es el que tiene el mayor error de desviación. Esto se
debe a que el primer grupo se utiliza para proporcionar la
información de posición, lo que no implica la utilización del
receptor que presenta un mal rendimiento. Este receptor puede ser
sometido a un ajuste o mantenimiento según sea necesario, o el error
puede compensarse dentro del procesamiento.
La invención también proporciona un método.
A continuación se describirá una realización
específica de la invención, sólo a modo de ejemplo, con referencia
a las figuras, en las cuales:
La figura 1 muestra un sistema de
multilateración y aparato según la invención;
La figura 2 es un diagrama de los pasos en un
método según la invención;
La figura 3 es una figura explicativa que
muestra varios agrupamientos de los receptores en el sistema de
multilateración;
La figura 4 es un diagrama de los pasos
realizados en el método; y
La figura 5 muestra grupos de variaciones en
diferencia en diferencias de tiempo de llegada para varios
agrupamientos de receptores.
Como se muestra en la figura 1, un sistema de
multilateración 1 incluye cinco receptores 2 a 6 conectados por
enlaces de comunicaciones 7 a 11 (fibra óptica) que forman una Red
de Area Amplia a un subsistema de procesamiento central 12. Cada
receptor es nominalmente idéntico y comprende, como se muestra en el
receptor 2, una sección de recepción 13 que detecta y convierte una
señal RF recibida transmitida desde una aeronave 14 en una forma
que sea apropiada para su digitalización en un digitalizador 15. El
digitalizador 15 realiza una conversión de analógico a digital, y
un extractor de código 15a, en búsqueda de un código SSR en
particular, detecta el código en una ventana de tiempo y transmite
una señal digital por el trayecto de comunicaciones al subsistema
de procesamiento central 12 indicando el tiempo de llegada del
código en la ventana. Dentro de cada receptor hay una demora
asociada con las secciones 13, 15 y 15a llamada retardo de grupo.
Esto produce un error en el tiempo de llegada determinado de una
señal. A medida que los componentes se desgastan es posible que este
error se vuelva significativo, y el objetivo de la invención es
detectar esta situación. Una técnica de multilateración de un tipo
conocido se aplica a estos valores de tiempo de llegada para
determinar la posición de la aeronave 14 y esto se lleva a cabo
mediante el subsistema de procesamiento central 12.
El subsistema de procesamiento central 12 se
representa aquí como una unidad separada pero puede estar
co-ubicado en uno de los receptores. Incluye una
serie de puertos conectados a los enlaces de comunicaciones 7 a 11.
Los puertos se acoplan a través de filtros 16 a 20 a un correlador
21. Estos filtros eliminan ruidos de las señales que pueden llevar
a errores posicionales. El correlador 21 correlaciona los datos de
tiempo de llegada en una serie de conjuntos que contienen grupos de
respuestas que pueden originarse a partir de la misma
transmisión.
Los conjuntos correlacionados se acoplan a un
procesador 22 que realiza una multilateración para derivar una
posición de la aeronave 2 de manera conocida y pasa los datos de
posición a una aplicación de rastreo 23 que muestra la posición a
un controlador de tráfico aéreo.
El procesador 22 también proporciona una salida
a un sistema de alerta 24 que proporciona una alarma cuando se
detecta un retardo de grupo anormal en uno de los receptores. De
manera alternativa, el efecto del retardo de grupo puede eliminarse
dentro de la técnica de multilateración realizada por el procesador
22. La detección del retardo de grupo se realiza mediante una
aplicación que se ejecuta en el procesador 22 como se describirá a
continuación con referencia a la figura 2.
En un primer paso 25, los receptores se asignan
a dos grupos, grupo A y grupo B. Cuatro de los cinco receptores se
asignan al grupo A y uno al grupo B. En este caso el grupo A se
muestra en la figura 3a e incluye los receptores 2, 3, 5 y 6. El
grupo B incluye el receptor 4.
Las salidas de los receptores del grupo A se
utilizan para calcular una posición para una aeronave 14 en el paso
26.
La posición calculada se utiliza para
determinar, en el paso 27, una diferencia prevista en tiempo de
llegada para el receptor 4 del grupo B, utilizando un receptor del
grupo A como referencia. A continuación, en el paso 28, se calcula
una diferencia en diferencia de tiempo de llegada tomando los
módulos de la diferencia prevista en tiempo de llegada utilizando
un receptor del grupo A como referencia menos la diferencia real
detectada en tiempo de llegada utilizando el mismo receptor del
grupo A como referencia.
La diferencia en el valor de diferencia de
tiempo de llegada se registra en un conjunto de valores almacenados
en la memoria en el paso 29.
A continuación, se crea un nuevo grupo como se
muestra en la figura 3(b). Se observará que el grupo A ahora
incluye los receptores 3, 4, 5 y 6 y el grupo B incluye el receptor
2. Los valores de diferencia para las primeras agrupaciones se
mantienen en la memoria.
El proceso se repite como antes para guardar
valores de diferencia de tiempo de llegada para los nuevas
agrupamientos en la memoria. Se hacen otros agrupamientos como los
que se muestran en las figuras 3(a) y 3(d) y se
determinan conjuntos de valores de diferencia adicionales hasta que
se hayan utilizado todos los receptores como el lugar del grupo B.
Es decir, cada receptor tiene un turno en el cual es el receptor
evaluado.
El proceso se realiza en un segmento del
trayecto de vuelo de la aeronave, y por lo tanto si en el paso 30
no se ha alcanzado el final del segmento del trayecto de vuelo el
proceso regresa al paso 26 y determina la siguiente posición de la
aeronave.
Si se alcanzó el final del segmento, la
desviación estándar de cada uno de los conjuntos de diferencia en
diferencias de tiempo de llegada se determina como se muestra en la
figura 4. En un primer paso 40, se accede a un primer conjunto de
la diferencia en diferencias de tiempo de llegada y se determina la
desviación en el paso 41. La desviación estándar se almacena en el
paso 42. Si hay más conjuntos a considerar se accede al siguiente
conjunto en los pasos 43 y 44 y el proceso se repite. Si el conjunto
es el último, todas las desviaciones estándares se comparan en el
paso 44 y se identifica la desviación más pequeña. La diferencia se
compara con un umbral en el paso 45. Si se excede el umbral se
inicia una alarma en el paso 46. La alarma puede tener la forma de
una alerta para indicar al personal de servicio que el receptor
identificado requiere atención. De manera alternativa, el efecto
del retardo de grupo puede eliminarse compensando la diferencia
dentro de la técnica de multilateración realizada por el procesador
22.
La figura 5 muestra conjuntos típicos de
diferencia en diferencias de tiempo de llegada para varios
agrupamientos de receptores. Se verá que los conjuntos de datos a),
b), c) y e) tienen una variación en la diferencia en los valores de
diferencia en tiempo de llegada. El conjunto d) tiene una diferencia
constante. Esto indica que el receptor para ese conjunto que no
está en el grupo A es el que tiene la mayor desviación, que en el
caso que se ilustra es el receptor 5. Estos ejemplos muestran una
situación de ruido en ancho de banda. Los filtros están diseñados
para eliminar el ruido de las señales de entrada pero se apreciará
que en ciertas situaciones habrá más ruido.
En una realización preferente, se utiliza un
filtro de media móvil para filtrar el ruido. Esto proporciona
valores basados en ciento cincuenta elementos y produce un promedio
para los últimos ciento cincuenta elementos. La cantidad de
elementos se seleccionará según el ruido y la trayectoria de la
aeronave. Como filtro puede utilizarse un filtro de Kalman.
Para reducir aún más el efecto del ruido, pueden
tomarse medidas en una serie de segmentos de trayectos de vuelo o
pistas de aeronaves. El receptor que tiene un retardo de grupo
importante puede identificarse con mayor facilidad.
Mientras que en la realización descrita la
aeronave produce la señal requerida, también será posible
proporcionar una señal proveniente de otra fuente. Esto puede
incluir, por ejemplo, una fuente fija en una posición conocida que
se muestra con la línea discontinua en la figura 1. Esta fuente
puede ser vista por algunos o todos los receptores. Al usar esto
como la fuente, los pasos para determinar la posición de la fuente
pueden evitarse ya que la posición ya se conoce. En caso de que la
fuente de ubicación fija sólo sea "vista" por algunos de los
receptores, los otros pueden utilizar la aeronave como la fuente
como se indica antes.
En las realizaciones descritas, el segundo grupo
tiene un receptor asignado para cada pasada. En otras realizaciones,
el segundo grupo puede tener más de un receptor.
Claims (9)
1. Aparato (12) para identificar qué receptor en
una pluralidad de receptores en posiciones conocidas en un sistema
de multilateración (1) experimenta un retardo de grupo significativo
caracterizado porque comprende para una primera pasada y
pasadas subsiguientes:
- medios (22) para determinar a partir de un primer grupo de receptores (2, 3, 5, 6) una posición detectada de una fuente de señal;
- medios (22) para determinar a partir de la posición detectada y las posiciones conocidas de un receptor o receptores de un segundo grupo (3, 4, 5, 6) un tiempo de llegada previsto de la señal para el segundo grupo;
- medios (22) para comparar la diferencia prevista en el tiempo de llegada con una diferencia real en el valor de tiempo de llegada al segundo grupo para derivar una diferencia entre diferencias de tiempo de llegada;
- medios (22) para derivar una variación en diferencia sucesiva entre diferencias de tiempo de llegada; y
- medios (22) para determinar cuándo hay una variación significativa en la diferencia entre diferencias de tiempo de llegada.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Aparato (12) según la reivindicación 1 en
donde el agrupamiento de receptores varía entre pasadas.
3. Aparato (12) según la reivindicación 2 en
donde el segundo grupo está formado por un receptor de la
pluralidad.
4. Aparato (12) según la reivindicación 3 en
donde cada uno de la pluralidad de receptores (2-6)
forma, para al menos una pasada, el segundo grupo.
5. Aparato (12) según la reivindicación 1 en
donde los medios para determinar cuándo hay una variación
significativa en la diferencia en tiempo de llegada comparan la
variación con uno de los umbrales y/o una variación derivada de al
menos una pasada anterior.
6. Aparato según cualquier reivindicación
precedente que comprende un filtro o filtros para filtrar ruidos de
la información de tiempo de llegada recibida de los receptores.
7. Aparato según la reivindicación 6 en donde el
o cada filtro es un filtro de Kalman.
8. Método para determinar qué receptor de una
pluralidad de receptores (2-6) de ubicaciones
conocidas en un sistema de multilateración (1) experimenta un
retardo de grupo significativo caracterizado porque comprende
los pasos de:
- determinar (26) la posición de una fuente de señal utilizando un primer grupo (A) de una pluralidad de receptores;
- determinar (27) a partir de la posición determinada de la fuente de señal, y la ubicación conocidas del receptor en un segundo grupo (B), una diferencia de tiempo de llegada prevista de una señal a dicho receptor;
- determinar (28) una diferencia en la diferencia en tiempo de llegada a partir de la diferencia prevista y la diferencia real en tiempo de llegada;
- derivar (41) a partir de un conjunto de diferencias una variación en las diferencias; comparando (45) la variación con uno de los umbrales y/o una variación o variaciones de diferencia prevista adicionales para determinar si hay una variación significativa; y
- en ausencia de una variación significativa, concluir que el receptor en el segundo grupo experimenta un retardo de grupo significativo.
\vskip1.000000\baselineskip
9. Método según la reivindicación 8 que
comprende los pasos de:
- para pasadas subsiguientes, re-asignar al menos algunos de los receptores entre el primer y el segundo grupo.
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