SE507796C2 - Förfarande och system för datareducering av radarsignalers ankomsttider. - Google Patents

Description

20 25 30 35 507 796 2 krysspejling måste först bäringen till företeelsen beräknas från minst två olika platser. Beräkning av bäringar till elektromagnetiska sändare kan ske på många olika sätt där interferometer, "Scan Time of Arrival" sonxmäter tidpunkten för övermålning i underenheter, och "Differential Time Of Arrival" (DTOA) metoderna bara är några exempel av många möjliga.

För beräkning av bäring med interferometermetoden bör två mottagarantenner i en underenhet vara placerade på ett avstånd från varandra som är någon eller några våglängder av en sökt sändares bärvågsfrekvens. Med hjälp av två noggrant elektriskt matchade mottagare, en för varje antenn, jämförs i en utvärderingsenhet differensen i fas för den mottagna bärvågsfrekvensen mellan de två nwtta- garna. Underenheten bör vara elektriskt symmetrisk sett från utvärderingsenheten mot de båda mottagarantennerna.

Fasdifferensen vid en bestämd frekvens är ett mått på den tidsskillnad i mottagning till respektive mottagarantenn som uppstått för den intressanta signalen på grund av gång- vägsskillnad från sändaren till respektive mottagarantenn.

Fasdifferensen noll svarar vid full symmetri mot lika gångväg, vilket innebär att sändaren finns på normalen från mittpunkten på linjen mellan antennerna (baslinjen för bäringsmätning). Bärvågsfrekvensen utgör här den relativa tidsreferensen för underenhetens två mottagare. Ur skillnaden i gångväg kan bäringen till sändaren relativt basens riktning beräknas med eventuell mångtydighet om fasskillnaden överskrider 180% Den uppmätta bäringen för en intressant signal registreras tillsammans med en tidsangivelse för mätningen. Tidsan- givelsen bör ha en tillräcklig noggrannhet för att motsva- rande mätning gjord i en annan underenhet på lämpligt avstånd från den första underenheten med rimlig säkerhet 10 15 20 25 30 35 587 796 3 skall kunna hänföras till samma sändare belägen på åt- minstone approximativt samma plats. Med hjälp av rapporter från ett antal underenheter till en centralenhet kan en ut- värderingsenhet i centralenheten beräkna sändarens posi- tion. Utvärderingsenheten använder bäringar rapporterade från minst två på lämpligt avstånd placerade underenheter som registrerats vid tidpunkter som är så nära att de kan hänföras till ett och samma övermålningssvep. Även den större mätbasen (mätbasen för krysspejling), nämligen den mellan aktuella underenheter, måste vara känd till längd och geografisk riktning.

Interferometermetoden kan ge hög noggrannhet i bäring, men är förhållandevis dyr och svårkalibrerbar eftersom ett stort antal väl faskalibrerade mottagarkanaler krävs.

Mångtydigheten om fasskillnaden överskrider l8W°måste upp- lösas på ett tillfredställande sätt för att metoden skall kunna ge tillförlitliga bäringar. Känsligheten blir relativt låg eftersom ett stort signal/brusförhållande krävs för att kunna mäta fasdifferensen med en tillräckligt hög noggrannhet. Även datasambandet mellan underenheter och informationscentral blir avancerad och dyr eftersom datatakten måste vara tillräckligt snabb för att kunna överföra bäringsdata och tidsangivelser för bäringsdata med tillräckligt hög noggrannhet.

Den metod som benämnts DTOA är till sin princip snarlik interferometermetoden enligt ovan; med hjälp av uppmätta gångtidsskillnader till två mottagarantenner för signaler från samma sändare kan bäringen till sändaren bestämmas.

I stället för att mäta fasdifferens uppmäts i detta fall skillnaden i ankomstid (TOA - Time of Arrival) till de båda mottagarna för exempelvis en och samma puls. Även här är en symmetrisk uppställning lämplig och därför bör eventuella skillnader i gångtider i förbindelserna 10 15 20 25 30 35 507 796 4 kompenseras för enligt någon metod så att vid den uppmätta tidsskillnaden noll mellan mottagna pulser i de båda mottagarantennerna, befinner sig sändaren på normalen genom mittpunkten.på.baslinjen. Metoder för gångtidskompensation bör uppfylla kraven på noggrannhet under varierande yttre betingelser som till exempel olika omgivningstemperaturer.

Bäringsmätningarna från ett antal underenheter utnyttjas i övrigt på samma sätt som i interferometerfallet för att bestämma sändarens position.

En noggrann tidsmätning och en tidssynkronisering mellan underenheter är i detta fall nödvändig. Även här krävs vanligtvis avancerat datasamband och avancerade underen- heter.

Som nämnts är en tredje metod att beräkna bäring "Scan Time of Arrival". Metoden går ut på att mäta tidpunkten för övermâlning av ett radarscan med fast vinkelhastighet i olika underenheter placerade på relativt stort avstånd från varandra. En stor nackdel med Scan Time är att metoden har ett relativt smalt användningsområde.

Ytterligare ett problen1med dessa ovannämnda metoder är att korrelera tidsmätningar mellan olika underenheter och mellan underenheter i underenhetspar till samma sändare. Även korrelering av bäringar till samma sändare mellan olika underenheter och mellan olika underenhetspar är ett problem. Sändarna måste på något sätt klassificeras så att 'tidsangivelser och bäringar kan sammankopplas med rätt sändare.

Det amerikanska patentet US 5,285,209 "Angle-of-Arrival Measurement via spectral estimation radar Time-of-Arrival periodicities“ beskriver hur DFT (Diskret Fourier Trans- form) kan användas på en serie av TOA-data för att beräkna “Pulse Repetition Frequencies" (PRF) för ett pulståg eller 10 15 20 25 30 35 507 796 flera överlagrade pulståg. Det amerikanska patentet US 5,396,250 beskriver i detalj hur Fourier-transformationen används för att bestämma egenskaperna hos pulståg med fast eller varierande PRF. Metoden enligt US 5,285,209 används för att bestämma tidsskillnaden för nmttagningen av ett pulståg mellan två mottagare. Mottagarna arbetar med en gemensan\ referensklocka. Ur skillnaden i. tid/fas kan bäringen till en sändare av pulståget beräknas.

Inget av dessa patent rör problemen kring dataöverföring mellan underenheter och en centralenhet, problemen kring tidssynkronisering av enskilda mottagare vid användning av en stor mätbas eller problemen kring hur ett system för positionsbestämning skulle kunna vara utformat. Vidare kan det anses vara en nackdel att använda beräkningsintensiva metoder såsom Fourier-transformationen i underenheter eftersom detta oundvikligen leder till att dessa underen- heter blir komplicerade och dyra eftersom Fourier-trans- formen på grund av att den är beräkningsintensiv är ytterst resurskrävande.

REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN Ett ändamål med uppfinningen är därför att ange ett system som på ett enkelt sätt gör det möjligt att övervaka och positionsbestämma detekterbara företeelser såsom elektro- magnetiska sändare/emittrar i ett större geografiskt område.

Ytterligare ett ändamål med uppfinningen är att skapa ett system medelst vilket man har möjlighet att till ett lågt pris få en tillfredställande noggrannhet vid positionsbe- stämning av detekterbara företeelser såsom elektromagne- tiska sändare/emittrar inom ett större geografiskt område. 10 15 20 25 30 35 507 796 6 Ännu ett ändamål med uppfinningen är att ange en anordning och ett förfarande för datareducering av detekterade an- komsttider av exempelvis pulståg från elektromagnetiska sändare för att kunna utnyttja ett datasamband med en låg överföringstakt till en informationscentral.

Nämnda ändamål uppnås medelst ett system enligt uppfin- ningen för positionsbestämning av detekterbara företeelser såsom företeelser som utsänder elektromagnetiska signaler exempelvis inom radiofrekvensområdet. Systemet innefattar minst en informationscentral med tillhörande celler som kan vara indelade i. en eller flera grupper. Systemet in- nefattar även tillhörande medel för samband med en be- gränsad överföringstakt mellan cellerna och informations- central. Varje cell innefattar minst en sensor för att med fysikaliskalnätmetoder kunna detektera de elektromagnetiska signaler, till exempel inom radiofrekvensområdet, som före- teelsen utsänder/genererar. Pulsframkanter i de elektro- magnetiska signalerna detekteras och tidmarkeras varefter de sorteras efter lämpliga kriterier beroende på typ av signaler. Ett exempel på ett lämpligt kriterium att sortera efter kan vara PRI (Puls Repetitions Intervall vilket är lika med 1/PRF, Puls Repetitions Frekvens). En ankomsttid för den första pulsen i ett pulståg beräknas och datareduceras. Datareduceringen utförs med modulo-räkning till ett värde som maximalt är den gångtidsskillnad för pulser mellan två celler i ett sensor/cellpar. Bäringar beräknade utifrån minst två sensor/cellpar korreleras i informationscentralen som därefter beräknar positionen för företeelsen som utsändar elektromagentiska signaler inom exempelvis radiofrekvensområdet. Därigenom kan systemet utnyttja befintlig infrastruktur i landet, exempelvis ett rikstäckande telefonnät och även.mobiltelefonnäten och dess basstationer, för datasamband mellan cell och informations- central. 10 15 20 25 30 35 507 796 7 Nämnda ändamål uppnås även medelst ett system enligt uppfinningen för positionsbestämning av radarsändare.

Systemet innefattar minst en informationscentral med tillhörande celler och medel för samband mellan informa- tionscentral och cellerna med en begränsad överföringstakt utnyttjande befintlig infrastruktur i landet, exempelvis ett rikstäckande telefonnät och även mobiltelefonnäten och dess basstationer. Varje cell innefattar minst en sensor för att kunna detektera radarsignaler. Pulsframkanter i radarsignalerna detekteras och tidmarkeras varefter de sorteras efter PRI (Puls Repetitions Intervall). En an- komsttid för den första pulsen i ett pulståg beräknas och datareduceras. Datareduceringen utförs med modulo-räkning tills dess att den beräknade ankomstiden får ett tidsvärde som maximalt är den gångtidsskillnad för pulser mellan två celler/sensorer i ett cell/sensorpar som används för bäringsberäkning. Bäringar beräknade utifrån minst två cell/sensorpar korreleras i informationscentralen som därefter beräknar positionen för radarsändaren.

Nämnda ändamål uppnås även medelst ett förfarande och en anordning för datareducering av ankomsttider av exempelvis pulståg i. radarsignaler detekterade av enï cell. Efter detektering' mäts ankomsttider för pulsframkanter av på varandra följande pulser i pulståget relativt en fönster- start av ett tidsfönster. Tidsfönster används för att kunna ge bestämda referenspunkter (tidsfönsterstarterna) från vilka olika mätvärden kan anges. Tidsfönstren kan lämpligen numreras eller på ett annat sätt markeras.

Tidsfönstren behöver inte ligga kant i kant efter varandra utan kan vara fristående och genereras med tidsintervall som är avpassade till cellernas beräkningskapacitet.

Eventuellt görs en första sortering av pulserna efter frekvens och amplitud för att underlätta senare sändarkor- relering. Därefter sorteras pulserna efter ett första grovt mått på pulsrepetitionsintervall (PRI) in i olika 10 15 20 25 30 35 507 796 8 grupper. De sorterade pulserna används för en noggrann beräkning av PRI. Ankomsttiden för varje puls relativt fönsterstarten.minskas successivt med det noggrant beräkna- de PRI:et tills samtliga ankomstider för samtliga pulser per grupp får ett värde mellan noll och PRI. En medelvär- desbildning av dessa tider ger en god skattning av ankomst- tidsläget för pulstågets första puls efter fönsterstarten.

Detta skattade ankomsttidsläget minskas sedan successivt med ett reduceringsvärde tills det reducerade ankomsttids- läget antar ett värde som är mindre än reduceringsvärdet.

Reduceringsvärdet överstiger gångtiden mellan två celler i ett cellpar som tillsammans används för bäringsmätning.

Det reducerade ankomsttidsläget sänds därefter, beroende på tillämpning, lämpligen till en andra cell i ett cellpar eller till en informationscentral för bestämning av bäring till radarsändaren gentemot cellparet.

Nämnda ändamål uppnås även av ett förfarande för dataredu- cering av signalers ankomsttider detekterade av celler.

Signalerna kan exempelvis vara radarsignaler. Minst ett tidsfönster med en ändlig tidsutsträckning genereras. En ankomsttid för en signal detekterad i tidsfönstret beräknas relativt tidsfönstrets start. Varefter den beräknade ankomstiden successivt minskas med ett reduceringsvärde tills den beräknade ankomstiden antar ett värde mellan noll och reduceringsvärdet och bildar en datareducerad an- komsttid. maximala ankomsttidsskillnad som kan uppstå mellan två cellers ankomstider av en signal som mottas av de två cellerna när de hör till ett cellpar och mindre än ett Reduceringsvärdet är lämpligen större än den tidsfönsters tidsutsträckning. En identitetsmärkning av tidsfönster utförs lämpligen vid genereringen av ett tids- fönster. Identitetsmärkningen är till för att tidsfönster genererade i olika celler skall kunna associeras med varandra så att ankomsttider, datareducerade ankomstider, från olika celler kan korreleras. Den datareducerade 10 15 20 25 30 35 507 796 9 ankomstiden från en cell i ett cellpar utnyttjas lämpligen tillsammans med en datareducerad ankomstid från den andra cellen i cellparet för att beräkna en bäring till platsen där signalen härstammar/genereras ifrån. För att kunna använda de datareducerade ankomstiderna från två celler i ett cellpar för att beräkna en bäring måste de datareduce- rade ankomstiderna vara datareducerade ankomstider för samma signal. För att säkerställa att ankomsttiderna är från samma signal synkroniseras lämpligen tidsfönstren, till exempel med hjälp av identitetsmärkningen. En karakterisering utförs lämpligen också på de mottagna signalerna. Karakteriseringen kan exempelvis vara signa- lens frekvens, amplitud, kodning eller andra egenskaper som signalen har. Karakteriseringen av signalen lagras/associ- eras lämpligen tillsammans med signalens datareducerade ankomsttid och eventuellt också tidsfönstret identitets- märkning för att olika datareducerade ankomstider från olika cellar skall kunna jämföras och eventuellt hänföras till samma signal/signalkälla. Datareduceringen medger en hög måätnoggrannhet trots en låg informationsöverförings- hastighet.

Föreliggande uppfinning utmärker sig i att positions- bestämning av elektromagnetiska sändare i radiofrekvensom- rådet såsom radarsändare utföres på ett billigt, effektivt och robust vis med tillräcklig noggrannhet. Detta uppnås enligt uppfinningen med ett antal relativt enkla celler placerade i ett område vilkas datasamband med en informa- tionscentral efter en sinnrik datareducering sker med i samhället befintlig infrastruktur för samband. Datareduce- ringen medger en låg informationsöverföringshastighet vilket exempelvis ger stora fördelar i samband med stör- känslighet. Ett systenxmed hög informationsöverföringshas- tighet är störkänsligare än ett system! med. en låg in- formationsöverföringshastighet. 10 15 20 25 30 35 507 796 10 FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas i förklarande och inte på något vis begränsande syfte, med hänvisning till bifogade figurer, där Fig.

Fig.

Fig.

Fig.

Fig.

Fig.

Fig.

Fig. illustrerar ett blockschema av uppbyggnaden av ett systen1för positionsbestämning enligt uppfinningen, illustrerar ett blockschema av en utföringsform av en cell enligt uppfinningen, illustrerar hur en informationscentral bestämmer positionen till en sändare, illustrerar hur en informationscentral eller eventuellt ett cellpar bestämmer bäringen till en sändare, illustrerar ett utförande av en cell enligt uppfin- ningen för bäringsbestämning, illustrerar en föredragen utföringsform av ett cellpar enligt uppfinningen för bäringsbestämning, illustrerar ett flödeschema för bestämning av an- komsttid i en cell enligt uppfinningen, och illustrerar tidsfönster enligt uppfinningen.

FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER För att tydliggöra systemet enligt föreliggande uppfinning skall några exempel på dess tillämpning i det följande beskrivas i anslutning till figurerna l till 7. 10 15 20 25 30 35 507 796 11 I fig. 1 visas ett blockschema av ett system för posi- tionsbestämning enligt föreliggande uppfinning. Systemet utgörs av en centralenhet 110, informationscentralen, och ett större antal underenheter, celler 130-139. Informa- tionscentralen har datasamband med cellerna 130-139.

Cellerna 130-139 är utplacerade eller installerade i det geografiska område som man önskar att bevaka och/eller övervaka. Celler som är knutna till en informationscentral och som har något särdrag, exempelvis är lokaliserade till ett definierat område eller har ett bestämt utförande, kan inordnas i en grupp enligt någon, båda dessa eller några andra kriterier. Detta för att bland annat kommandon enkelt skall kunna ges till ett antal celler samtidigt vilket ger tidsvinster vid dataöverföring mellan informa- tionscentral och cell/celler. Inordning av celler i grupper ger dessutom ett mera lättöverskådligt system.

Informationscentralen innefattar en dataprocessor 112 som lämpligen kan vara en PC-dator eller någon annan dator innefattande program- och dataminne. Datorn 112 innefattar även in- och utorgan som exempelvis består av ett tangent- bord och en bildskärm. Informationscentralen har dessutom förberetts för externt samband 120. Sambandet 120 kan antingen ske trådlöst via antenn 122 eller via tråd 124 och kan vara av en typ för envägs eller en typ för tvåvägs kommunikation. Om kommunikationen med cellerna sker trådlöst kan det ske till ett radionät, till exempel till ett nwbiltelefonnät såsom GSM eller NMT, MOBITEX, eller direkt till cellerna. Om däremot kommunikationen sker via tråd kan detta ske till ett telefonnät, ett allmänt riks- täckande eller ett enskilt, och sedan eventuellt via ett radionät, till exempel GSM eller NMT, eller via tråd direkt till cellerna. Med tråd menas såväl optisk som elektriskt ledande. I vissa tillämpningar kan andra nät ingående i totalförsvaret vara lämpliga att använda. FM-sändarna i landet kan användas på samma sätt som i eller med hjälp av 10 15 20 25 30 35 507 796 12 systemet MINICALL (RDS och motsvarande) som komplement. De förstnämnda medlen tillåter tvåvägs dataöverföring med exempelvis data/faxmodem mellan en dataprocessor i såväl informationscentral som cell. Medlen för envägssamband tillåter endast datautbyte i en riktning. I vissa tillämp- ningar av systemet eller i någon speciell funktionsfas hos systemet kan det vara tillräckligt med endast envägskommu- nikation från cell till informationscentral vilket är ett minimunlför att systemet enligt uppfinningen skall fungera.

Cellerna är var för sig knutna till informationscentralen via medel för datasamband. Samtliga celler har en iden- titetsbeteckning - en adress/adresskod - som är unik för varje cell. På motsvarande sätt har varje grupp av celler knuten till en och samma informationscentral, i de system som har delat in samtliga eller vissa celler i en eller flera grupper, en bestämd gruppidentitet - en gruppadress/- gruppadresskod - som återfinns i varje cell och är samma för samtliga celler som tillhör samma grupp. Dessutom kan också en systemidentitet - en systemadress/systemadresskod - förekomma som är gemensam för samtliga celler som tillhör samma system. Det kan finnas flera system som är operativa samtidigt och för att ej information och kommandon skall hamna fel har man med denna systemidentitet/systemadress en möjlighet att kunna särskilja olika system. Cellens och eventuellt gruppens adresskod används vid allt samband mellan informationscentral och cell som.anropsadress/er och vid samband mellan cell och informationscentral som identifierare av cellindividen respektive gruppen.

Figur 2 visar ett blockschema över en utföringsform av en cell. Varje cell är försedd med en eller flera sensorer 270, 271, som är avsedda att detektera elektromagnetiska signaler inom exempelvis radiofrekvensområdet. Sensorerna kan exempelvis vara mottagare med förförstärkare och tillhörande antenner med exempelvis en 60°lob horisontellt 10 15 20 25 30 35 507 796 13 och cirka 10° vertikalt för lämpligt frekvensband. Motta- garen kan vara omställningsbar till olika önskvärda frekvensband, exempelvis 8-14 GHz och 8-10 GHz. Önskas en bättre täckning horisontellt kan cellen förses med en antenn med större lob horisontellt eller använda flera an- tenner/förförstärkare och eventuellt låta kanalen med momentant starkast signal gå vidare i behandlingskedjan.

Varje cell innefattar även en styrdator som innefattar en processoranordning 210 med programminne 220 och dataminne 230 för att åstadkomma att cellen kan fungera autonomt.

Programminnet 220 innehåller lämpligen program för grund- funktioner i cellen såsom samband och dessutom ett eller flera funktionsprogram sonxdefinierar hur cellen kommer att uppföra sig gentemot omvärlden med hjälp av kriterier och olika parametrar. I de fall programminnet innehåller flera funktionsprogranl kan val mellan dessa exempelvis göras antingen innan cellen placeras ut, genon1 klockstyrning eller med kommando via sambandet med informationscentralen.

Det kan även finnas plats och möjlighet till att lägga till flera funktionsprogram i programminnet (dvs. att program- minnet är (om-/)programmerbart), varvid detta kan göras från informationscentralen via sambandet. Detta ger en möjlighet till att ändra inriktning på eller förbättra uppgifterna som ålagts cellen. Cellens gensvar på signaler med vissa sökta egenskaper inom respektive sensors känslig- hetsområde bestäms autonomt inom cellen av kriterier och parametrar sonx valts av en på förhand fastställd upp- sättning eller en via datasambandet översänd uppsättning kriterier och parametrar för att nå avsedd funktion.

Knuten till cellens processoranordning 210 är även en an- passningsanordning 240 som anpassar signaler till och från processoranordningen 210 och en sambandsanordning 250 och från minst en sensor 270. Eventuellt ingår även en eller flera utanordningar 260, 261 och eventuellt, förutom 10 15 20 25 30 35 507 796 14 sensoranordningen(/arna) 270, 271, ytterligare en eller flera inanordningar 280, 281 som processoranordningen 210 kommunicerar med via anpassningsanordningen 240.

Sambandsanordningen 250 kan vara av en typ för envägs, en typ för tvåvägs kommunikation eller en kombination av dessa två. Kommunikationssättet kan vara antingen trådlöst via antenn 252 till ett radionät, till exempel GSM eller NMT, eller direkt till en informationscentral eller via tråd 254 till ett allmänt eller enskilt telefonnät eller direkt till en informationscentral. De eventuella en eller flera utan- ordningarna 260, 261 kan i sin enklaste utformning bestå av en elektrisk signal som i sin tur styr en yttre anordning av något slag. En användning av de extra ut- och in- anordningarna 260, 261, 280, 281 är som medel för envägs eller tvåvägs kommunikation för klocksynkronisering mellan två celler i ett cellpar, se nedan. Utanordningarna kan också tänkas bestå av elektromagnetiska störare.

Systemet är utformat på ett sådant sätt att cellerna med stor frihet vid valet av plats kan utplaceras exempelvis i ett terrängomrâde eller i/på bojar i vatten. Denna frihet kan nås genom att kraftförsörjningen kan tillgodoses med batterier och/eller solceller och att sambandet kan uppnås med trådlös dataöverföring. Onlinformationscentralen skall handhas av en operatör, placeras informationscentralen lämpligen inomhus på en plats där det finns sambandsmöj- ligheter med cellerna. Antalet celler som tillordnas en grupptillhörighet under en informationscentral kan enkelt avpassas för en aktuell uppgift liksom antalet grupper under en och samma informationscentral.

För att underlätta en fri placering av celler i en fält- mässig användning är det väsentligt att behovet av elektrisk kraft till el- och elektronikutrustningen i cellen minimeras. En metod är att reducera kraftför- 10 15 20 25 30 35 507 796 15 brukningen i tidsintervall, lämpligen vid de tillfällen cellen inte fyller ett akut behov, vilket förutsätter att den aktiva användningen endast är sporadisk. Med samband från informationscentral till cell kan cellen beordras att stänga av samtliga kraftförbrukare utom en mottagare, exempelvis den ordinarie mottagaren, en extra mottagare av typ MINICALL eller en tidsfördröjning (timer) som endera utnyttjas för att åter kraftsätta hela cellen eller endast för att starta en begränsad arbetsmod hos cellen som exempelvis en funktionskontroll. För energibevarande i celler kan det således i vissa fall vara fördelaktigt att komplettera ett tvåvägssamband med ett envägssamband från informationscentral till cell där envägssambandet används för aktivering och inaktivering av resten av cellen inklusive det ordinarie tvåvägssambandet. Cellen kan därför kraftförsörjas med ett batteri och/eller solceller med en kapacitet beräknad endast för de tidsrymder när cellen förväntas vara aktiv.

En annan fördel är att cellen i en mod som endast har en mottagare kraftsatt, till exempel en extra mottagare, inte är lokaliserbar via emitterad strålning eller annan aktivitet som kan röja dess existens. Systemet kan även dra nytta av envägssamband mellan en informationscentral och cell för val av den signalprofil som i en viss situa- tion skall igenkännas av cellen bland ett flertal på förhand i cellens programminne inprogrammerade eller vars karaktäristika med ett litet antal parametrar kan över- sändas till detta minne för signalidentifiering. Härvid är envägssamband tillräckligt och lämpligt i de fall man ej önskar att röja cellens existens eller position om ex- empelvis inte kvittens på kommandot erfordras.

Signalprofilen består, när de elektromagnetiska signalerna är radarsignaler, lämpligen av en eller flera av paramet- rarna frekvens, pulslängd, kodning eller pulsrepetitions- 10 15 20 25 30 35 507 796 16 frekvens som radarsignaler från en radarsändare kan karaktäriseras av. Här kan kort nämnas att de följande exemplen huvudsakligen beskriver utföringsformer och metoder enligt uppfinningen som är lämpliga när de elektro- magnetiska signalerna är radarsignalerna och företeelserna består av radarsändare av något slag. Dessa exempel är endast fördelaktiga utföringsformer och metoder av upp- finningen i förklarande syfte och inte på något vis i be- gränsande syfte. När cellerna kommenderats att fungera i en aktiv mod via exempelvis envägssambandet från en informationscentral kan i enlighet med givna kriterier, som till exempel innefattar signalprofilen, de celler som belyses av en radarsändares huvudlob aktiveras. Aktive- ringen av cellen kan innebära att cellen synkroniserar sin klocka om den ingår i ett cellpar och att mäta en an- komsttid (TOA - Time Of Arrival) och identifiera en mottagen signal, information som därefter översänds till informationscentralen.

Därigenom kan en informationscentral aktivera och deakti- vera en eller flera celler och/eller en eller flera grupper av celler och översända signalprofiler och kriterier som definierar på vilket sätt enskilda eller grupper av celler skall fungera vid belysning av radarsignaler från en radarsändare. Funktionen kan vara allt ifrån att cellen aktiverar mätning av ankomsttid så fort den belyses med en radarsignal till att cellen endast aktiverar mätning och översändning av ankomsttid för en specifik radarsignal från en eller flera radarsändare.

Väsentligt för en praktiskt realisering av uppfinningen är att i samhället befintliga, landstäckande infrastrukturer används för datasamband mellan informationscentralen och cellerna. Systemet enligt uppfinningen kräver, som nämnts, att minst ett datasamband mellan cell och informationscen- tral upprättas. Ett viktigt särdrag för uppfinningen är 10 15 20 25 30 35 567 796 17 att det är tillräckligt att dataöverföringstakten mellan informationscentral och celler och omvänt, är låg och icke har realtidskaraktär. Detta möjliggör användning av ett tvåvägssamband mellan informationscentral och celler utnyttjande mobiltelefoner och mobiltelefonnät av ex- empelvis NMT eller GSM typ. Vid användning av tvåvägssam- band utnyttjande något mobiltelefonnät kan detta två- vägssamband lämpligen kompletteras med ett envägssamband typ MINICALL mellan informationscentral och cell i de fall man ej önskar att röja cellernas position eller ens deras existens (även om information endast sänds i en riktning i ett. mobiltelefonnät sker det ett kontinuerligt ~tvåvägs data/synkroniseringsutbyte:lett mobiltelefonnät sonxdärmed kan röja cellen). Det bör påpekas att trots att de följande exemplen utnyttjar tvåvägssamband kan det i de flesta av exemplen vara tillräckligt med envägssamband från cell till informationscentral för att säkerställa önskad funktion.

Med hjälp av krysspejling beräknar systemet i en informa- tionscentral positionen för en detekterad och identifierad sändare, eventuellt kan beräkningen ske i samverkan med flera informationscentraler. En sammanställning i en in- formationscentral av flera beräknade positioner utgör ett underlag som kan bearbetas på ett sådant sätt att sändarnas rörelser successivt kan följas och predikteras (manuellt och/eller automatiskt med hjälp av dator).

För krysspejling använder en informationscentral informa- tion från dess underenheter, det vill säga celler knutna till informationscentralen och eventuellt också andra informationscentraler och celler vid samverkan mellan flera informationscentraler. Informationen kan bestå av cellens identitet, den detekterade sändarens karakteristika såsom frekvens, sändarmod enligt cellens identifiering, puls- längd, pulsrepetitionsintervall, ankomsttidpunkt (Time of 10 15 20 25 507 796 18 Arrival) och identitetsnummer för aktuellt mätfönster/tids- fönster (se nedan).

Krysspejling beräknas utifrån minst två bäringar som är identifierade att tillhöra samma sändare. En första bäring BA, se figur 3, beräknad utifrân information från ett första cell/sensorpar CPA och en andra bäring BB beräknad utifrån information från ett andra cell/sensorpar CPB används för att beräkna en sökt sändares position SP. In- formationscentralen har lämpligen geografiska kartdata lagrade samt åtminstone samtliga geografiska positioner för celler/cellpar som -tillhör informationscentralen. In- formationscentralen behöver inte på förhand lagra in- formation om geografiska positioner för celler/cellpar som innefattar en anordning för positionsbestämning, till exempel GPS, eftersom dessa celler/cellpar lämpligen kommunicerar sina aktuella geografiska. positioner till informationscentralen. Mätbasen MB är antingen inlagrad eller kan enkelt beräknas i informationscentralen. X- och Y-koordinaterna för sändarens position SP relativt det första cell/sensorparet CPA kan beräknas med exempelvis följande ekvationer: sin(62) X=MB- e -__.__ °°S( ') sinwz-øl) sin(6§) Y =MB - s1n(e,)- .ïïï sn 2-I där 6,är en vinkel moturs från mätbasen MB till den första bäringen BA från det första cell/sensorparet CPA och där 63 är en vinkel moturs från en förlängning av mätbasen MB till den andra bäringen BB från det andra cell/sensorparet CPB. 10 15 20 25 30 35 507 796 19 Bäringsmätningen sker företrädesvis enligt Differential Time Of Arrival (DTOA) principen, det vill säga att skillnaden i en sändarsignals ankomsttid (Time Of Arrival - TOA) till två celler/sensorer mäts. En av fördelarna att använda Differential Time Of Arrival metoden är att den enligt uppfinningen går att implementera i enkla underen- heter med måttliga krav på klocksynkronisering underen- heterna emellan. Beräkning av bäring sker lämpligen i informationscentralen för att kunna hålla cellerna, informationscentralens underenheter, enkla eftersom dessa förekommer i stort antal till varje informationscentral.

Med en skillnad i ankomsttid av en sändarsignal till två celler 410, 420, se figur 4, lika med t kan vinkeln o 450 mellan bäringen 490 till den detekterade sändaren och den förlängda sammanbindningslinjen 440 mellan cellerna eller sensorerna beräknas som: $=arccos(ct/d) där c är lika med ljushastigheten och d 445 är lika med avståndet mellan cellerna/sensorerna.

Ankomsttidsmätning kan ske på olika sätt där ett första exempel på uppfinningen är att, med hänvisning till figur 5, ett antal celler 510, 520, som.exempelvis kan utgöra en grupp, förses med sensorer 512, 516, 522, 526 i form av mottagare soul kan detektera och eventuellt identifiera radar- eller radiosändare. Cellerna 510, 520 kan bestämma skillnaden i ankomsttid till respektive sensorer, av en signal från en sändare och sända den informationen vidare till en informationscentral för beräkning av sändarens position.

För att öka noggrannheten vid riktningsbestämning bör cellerna lämpligen innefatta en intern precisionsklocka som kan synkroniseras med en extern tidsreferens. Synkronise- 10 15 20 25 30 35 507 796 20 ringen kan ske via en gruppadresserad eller systemadresse- rad.synkroniseringskod.från informationscentralenImxihjälp av det ordinarie datasambandet. Cellerna kan också vara försedda med separata mottagare för någon extern tids- referens som t.ex. DCF-77 från Frankfurt i Tyskland, Sveriges Radios tidssignal eller någon annan med radio utsänd tidsreferens. Även de synkroniseringssignaler (linje- och bildsynkronisering) som ingår i TV-signaler kan uttnyttjas. I de senare fallen kan dessa celler även ha försetts med var sin radio-/TV-mottagare, för direkt mottagning av den utsända referensen, som är ansluten till en anordning som automatiskt finsynkroniserar cellens klocka till tidsreferensen/tidssignalen. Mottagning av tidsreferensen/ tidssignalen kan antingen ske kontinuerligt eller enbart vid bestämda tider. Valet av referens är bland annat beroende av vilken absolut och relativ tids- noggrannhet som krävs i aktuell tillämpning.

Med minst två mottagare 513, 517, 523, 527 i varje cell och till nwttagarna tillhörande respektive nwttagarantenner 514, 518, 524, 528 kan ankomsttidsskillnader av detekterade och eventuellt också identifierade signaler från en sändande radar eller radiosändare bestämmas i respektive cell. Antennerna måste vara placerade på ett fast, noga känt avstånd från varandra och på ställen så att den geografiska riktningen av normalen 511, 521 till linjen (baslinjen) 515, 525 mellan dem är känd (genom till exempel användning av GPS eller någon annan metod för uppmätning).

Vid DTOA-mätning (bäringsmätning) kan mätbasens längd före- trädesvis vara lång, såsom kilometer i stället för delar av meter vid mätning mot en X-bandssändare (10 Ghz-området) eftersom detta ej kräver en lika hög tidsupplösning. Det finns inga skäl att genom hög nätprecision och därmed avancerade och komplicerade celler försöka nå en kortare mätbas med bibehållen noggrannhet i mätningen av bäring. 10 15 20 25 30 35 507 796 21 Mot ett system med en mycket hög upplösning i tid talar att de tidsmått som skall sändas till informationscentralen för beräkning av bäring/position kräver motsvarande högre datatakt. Detta innebär att man enligt en föredragen ut- föringsfornlav uppfinningen lämpligen utnyttjar ett cellpar bestående av två underenheter/celler placerade på avstånd från varandra och med minst var sin antenn och mottagare.

Ankomsttider (TOA) av en signal från en sändare till dessa respektive celler jämförs sedan för beräkning av bäring.

För att kunna jämföra ankomstiderna till de två cellerna i ett cellpar måste cellerna klocksynkroniseras. Användning av en lång mätbas ställer mindre krav på noggrannheten i klocksynkronisering mellan celler i cellpar än vad som krävs med en kort mätbas vilket möjliggör en användning av enkla celler.

Figur 6 visar hur fyra celler 610, 612, 614, 616 i två cellpar 620, 630, placeras på ett sådant sätt att de definierar var sin mätbas 622, 632 vars normaler 625, 635 pekar i en lämplig mätriktning horisontellt. Cellernas mottagarantenner 611, 613, 615, 617 skall ha sina pekrikt- ningar ungefär parallella med respektive normalens 625, 635 riktning. Avståndet mellan cellernas mottagarantenner (mätbasens längd) är lämpligen mellan 200 och 3000 meter.

Informationscentralen kommer vid sin utvärdering av data från cellerna att välja celler inom sitt mätområde där målen/sändarna befinner sig relativt nära normalen för res- pektive mätbas för att få bästa mätnoggrannhet.

Mottagna pulsers framkanter bestäms med så god precision som en enkel utrustning tillåter. Exempelvis kan en punkt 6 dB under pulsens amplitud (amplituden är lika med ett medelvärde av ett antal sampel från den del av pulsen där pulsen planar ut strax efter framkanten) väljas som definitionspunkt för framkantens tidsläge. Signalen samp- las (analog till digital omvandlas) med förslagsvis 20-50 10 15 20 25 30 35 507 796 22 nanosekunders intervall för efterföljande digitala signal- behandling. Läget av framkanten enligt denna definition kan interpoleras fram ur ett antal sampel från pulsens framkant.

Positionsbestämningssystemet enligt uppfinningen. är ut- format på ett sådant sätt att mottagarcellerna är organise- rade i par som har ett sådant cellavstånd och är riktade på ett sätt att de under del av en övermålning från exempelvis en scannande flygradar, båda samtidigt kommer att in- nefattas i radarns huvudlob (lobvinkeln har här ansatts till ca 3°). Avståndet nællan cellparen är i sin tur lämpligen i storleksordningen 50 kilometer. Positionsbe- stämningen bör omfatta ett antal cellpar. Cellernas geografiska placering måste noga kunna anges på en karta för att mätbasernas riktning skall vara väl känd i för- hållande till geografisk norriktning.

För att bibehålla konceptet med enkla iceller undviks datasamband direkt mellan cellerna och lämpligen även mellan celler i ett par. Dock måste på något vis en gemen- sam tidbas införas dels mellan cellerna i paren och dels mellan paren sinsemellan. Kraven på tidsupplösning är vä- sentligt olika i de båda fallen.

DTOA-metoden förutsätter att pulsernas ankomsttider kan refereras till samma tidbas inom ett cell/sensorpar.

Följande beräkning ger en uppfattning om kraven på överens- stämmelse i tid och den mätnoggrannhet som krävs. Ett fel i tidsöverensstämmelse mellan cellerna i ett cellpar på 33 nanosekunder motsvarar en skillnad i gångsträcka på 10 meter. Om mätbasen är 2000 meter och sändaren befinner sig på mittpunktsnormalen till mätbasen innebär detta att sändaren därmed utpekas arcsin (10/2000)° = 0,29° fel; 100 nanosekunder motsvarar ca 0,9° fel i bäring. Inverkan av 10 15 20 25 30 35 507 796 23 emitterns höjd över cellerna på gångtiderna har försumbar inverkan på mätresultat på de avstånd som här diskuteras.

Flera olika metoder är tänkbara att använda för att ensa klockorna i de enskilda cellerna i ett cellpar varav några har nämnts tidigare. Ett av flera satellitbaserade system är GPS-systemet som lär kunna ge en absolut noggrannhet av 50-75 ns. GPS-mottagare är billiga eftersom de produceras i stora antal och finns utförda i integrerad kretsteknik.

Celler som utnyttjar GPS-systemet kan vara mobila/rörliga eftersom GPS-systemet primärt är utformat för positionsbe- stämning. Information om cellens position kan i sådana fall överföras till dess överordnade informationscentral som använder cellens position för att kunna beräkna detekterade signalers bäring och ursprungsposition. Nog- grannheten i positionsbestämning enligt GPS-systemet kan ökas genom att exempelvis utnyttja differentiell GPS (D- GPS). Det enda interna samband som behövs i ett system- koncept med GPS som.tidbas är samband i låg datatakt mellan celler och informationscentral. Trots fördelarna med att använda GPS, kommer flera lämpliga metoder att presenteras eftersom driftsäkerheten av ett GPS-system inte alltid kan garanteras samt att GPS-signalerna är lättstörda vilket inte kan accepteras i samtliga situationer.

Två alternativa, men principellt lika lösningar för att åstadkomma en gemensam tidbas med tillräcklig precision inom ett cellpar är att överföra ensningspulser/klock- frekvens med optisk fiber mellen celler i ett cellpar eller att sända motsvarande signaler via en bärvåg, som anpassas till cellens mottagarband (till exempel X- eller S-bandet).

En klocka, en oscillator med en kvartskristall med måttlig stabilitet, kan användas gemensamt för cellerna i ett par.

En klockrelaterad 50-100 Mhz signal överförs i en optisk fiber från en cell, mastern, till den andra cellen i paret, slaven. Signalen kan alternativt överföras som en 50-100 10 15 20 25 30 35 507 796 24 MHz modulation av en förslagsvis 10 GHz lågeffektssändare med en enkel riktantenn placerad i mastercellen riktad mot slavcellen.

I båda fallen används lämpligen en faslåst slinga med be- gränsad bandbredd för att låsa slavcellens klocka till mas- tercellens klocka. Den från mastercellen utsända referen- sen skall vara kodad på ett sådant sätt att båda cellerna kan synkroniseras så att de kan identifiera samma klock- cykel efter korrektion för gångtiden av synkroniserings- signalen. Systemet bör även klara återstart efter avbrott med uppfyllande av detta krav.

Det är inte nödvändigt att cellernas klockor synkroniseras kontinuerligt. Det räcker att slavklockan ställs lika med masterklockan i. anslutning till att cellerna nëter en intressant signal (inom millisekunder efter detektering).

Slavcellens tidsangivelse kan då korrigeras med hänsyn till den omställning som den nya synkroniseringen innebär om båda cellernas klockor är tillräckligt korttidsstabila.

Beloppet av den tidskorrektion som klockomställningen innebär registreras. Tidskorrektionen mäts med hjälp av en andra likvärdig klocka i slavcellen. Korrektionens belopp används för att korrigera ankomsttider för en sändarsignal som just mätts / mäts i slavcellen. Även om justeringen vid omställning av klockslag skulle anta i detta sammanhang stora belopp när lång tid gått mellan ensningarna är de mo- mentana klocktakterna hos mastercell och slavcell mycket närlika. Över exempelvis en tidsperiod mindre än en sekund är avvikelsen normalt mindre än tio nanosekunder med en måttligt noggrann och initialt ensad kvartsklocka (exem- pelvis med stabiliteten 1 del per l08per timme, 1 del per 107 per år ).

I ett system med optisk fiber för tidsensning finns knappast någon anledning att använda annat än kontinuerlig 10 15 20 25 30 35 507 796 25 låsning mellan klockorna. Eventuellt används endast en klocka som är gemensam för båda cellerna. Gångtiden för klocksignalen mellan ett par näste kunna bestämmas och lagras i exempelvis informationscentralen för att villkoret “gemensam -tid" skall kunna uppfyllas vid beräkning av bäring. Signalen i en lämplig optisk fiber har en gångtid som.är linjär med längden och har ett linjärt temperaturbe- roende av en storlek som är försumbar i aktuellt fall. En lämplig typ av fiber kan exempelvis ha en tidsskillnad i gångtid på 5,5 ns över ett temperaturintervall av lO0° över en fiberlängd av 1 km och med en gångtid vid en temperatur av 0° på ca 5 ps. Om en mikrovågssändare används kan gångtidsfördröjning i fri rymd med marknära atmosfär beräknas ur baslinjelängden och kan kontrollmätas genom att sändaren sänder en signal med en pulsform och en bärfre- kvens som har registrerats i biblioteket som "intressant sändare".

Om en fiber- eller trådlös länk med en hög dataöverförings- kapacitet upprättas mellan master- och slavcell i systemet kan eventuellt cellparet arbete mer autonomt. Detta innebär att slavcellen överför ankomsttider till master- cellen där tidsmässigt samhörande data kan bearbetas för en bäringsbestämning. Till informationscentralen sänds från mastercellen i denna systemlösning endast bäringsdata och exempelvis sändaridentitet. Slavcellen har i denna konfiguration inget behov av samband med centralen vid datarapporteringen.

Kalibreringen av ett mottagarpar sker snarlikt den metod som används vid mätning mot mål. Den ena cellen sänder ett väldefinierat pulståg beträffande pulslängd och puls- repeterfrekvens som synkroniseringssignal i riktning mot den andra cellen. Denna tar emot pulståget och ställer om och faslåser sin klocka utgående från detekterad synksig- nal. För att få korrekt gemensanl tid korrigeras för lO 15 20 25 30 35 507 796 26 signalens gångtid mellan de båda cellerna. Denna korrek- tion kan göras inom cellparet, alternativt i centralen eftersom centralen vet cellernas positioner. Storleken av korrektionen bestäms av avståndet mellan cellerna. Genom att mätningen utförs mot en väl definierad signal kommer mätnoggrannheten att bli bättre än vid mätning mot ett verkligt mål. Efter kalibrering kan kalibreringsfelet därmed försummas.

Att cellerna ingår i ett cellpar innebär att de placeras på lämpliga ställen i förhållande till varandra och till för- väntade målbanor. Att ingå i ett cellpar innebär även att de två cellerna i cellparet anger ankomsttid (TOA) till informationscentralen i ett tidsbassystem som är gemensamt för båda cellerna med den tidsupplösning som krävs för be- räkning av bäring med önskad noggrannhet. Synkroniseringen av tid till andra cellpar kan vara av väsentligt lägre precision eftersom tidpunkten här närmast används för att avgöra om respektive mätningar rimligen hör till samma svep från en och samma sändare (vinkelhastigheten för en nosradars svep i sökmod är mellan 50° - 360° per sekund, för en flygande spaningsradar med rotodom kring 30° per sekund).

För att kunna utnyttja ett datasamband med en låg överfö- ringstakt mellan celler och en informationscentral måste den information sonlmåste överföras från cellerna reduceras så att mängden av information som måste överföras till en informationscentral kan ske inom en given tidsperiod.

Enligt uppfinningen sker denna datareduktion i varje cell med hjälp av synkroniserade tidsfönster av en viss fast längd under vilken mättid, mätfönster, de detekterade pulstågen karakteriseras. De synkroniserade tidsfönstren kan ligga direkt efter varandra kant i kant eller vara tidsseparerade beroende på exempelvis karakteristiken på mottagna signaler och/eller beräkningskapaciteten i 10 15 20 25 30 35 507 796 27 cellerna. I cellerna detekteras och tidsmarkeras pulsfram- kanter för att det skall vara möjligt att bestämma pulstå- gens PRF. Därefter bestäms ett mått på pulstågens an- komsttid. Konceptet enligt uppfinningen utnyttjar signaler från sändare som har PRF:er som är konstanta under här aktuella mättider. Moderna radarsystem har i allmänhet den egenskapen. Pulstågets ankomsttid till skillnad från den enskilda pulsens ankomsttid bestäms med en metod som, om pulstâgets PRF är tillräckligt hög i förhållande till tidsfönstrets/mätfönstrets längd, utnyttjar ett medelvärde över ett större antal pulser. Ankomsttiden för pulståget i tidsfönstret/mätfönstret beräknas enligt en Modulo- formel. Med detta förfarande kan pulstågets PRF och dess ankomsttid bestämmas även om några pulser i pulståget av någon anledning skulle undgå detektering. Två eller flera pulståg sonn samtidigt uppfattas i. ett tidsfönsterlmät- fönster kan, vare sig de är detekterade utan pulsbortfall eller inte, behandlas var för sig om pulstågen kan ut- sorteras tillräckligt väl att de olika PRF:erna kan bestämmas. Förfarandet att bestämma ankomsttid i tids- fönstret/mätfönstret upprepas på samma sätt för varje ut- sorterat pulståg för sig.

Eftersom datasambandet mellan cell och informationscentral innefattar en variabel och icke känd tidsfördröjning, inom en känd längsta tidsram, måste data som beräknas ur detektering av pulser inom ett tidsfönster tillfogas en uppgift (data) som anger tidsfönstrets identitet, nämligen ett fönstertidsnummer. Med fönstertidsnumrets hjälp kan mätningar och data från olika celler hörande till samma mätbas och motsvarande tidsfönster koordineras i centralen för jämförelse av bland annat sändarsignalernas ankomstti- der enligt ovan nämnda beräkningar. Tidsfönster med samma fönstertidsnummer innebär att de har samma absoluta tid inon1en tolerans sonlberor på cellernas tidssynkronisering.

Fönstertidsnumren kan återanvändas cykliskt under förut- 10 15 20 25 30 35 507 796 28 sättning att numren inte återkommer inom den tidsram som kan förekomma i datasambandet via aktuella sambandsnät.

Uppfinningen komprimerar/reducerar antalet siffervärden till ett minimum så att bland annat en mobiltelefonförbin- delses kapacitet är tillfyllest för datasamband med en in- formationscentral. Vid användning av en låg dataöverför- ingshastighet erhålls även ett system som är störtåligt.

Information om.en detekterad sändare som ackumulerats under en tidsfönsterperiod bör kunna levereras till en informa- tionscentral under en tidsfönsterperiod annars kommer information att permanent ackumuleras i cellerna. Som ett exempel antar vi att tidsfönstren är fyra millisekunder och att data kan behöva buffras under en tid om högst en halv sekund. Antalet bitar som varje cell behöver överföra till en informationscentral uppskattas vara sju bitar för sändartyp (inklusive PRI-information), tio bitar för tidsläget (upplösning 10 ns) och sju bitar för fönstertids- nummer (upplösning fyra millisekunder och en bufferttid på en halv sekund). Sålunda föreligger ett överföringsbehov från varje cell till centralen om 24 bitar per fyra millisekunder motsvarande 6 kbit per sekund. Detta ryms incmxmobiltelefonnätets tillgängliga överföringskapacitet.

Figur 7 visar ett flödesschema på hur bestämning av ett pulstågs ankomsttid lämpligen kan ske i cellerna. Be- skrivningen av flödesschemat enligt figur 7 kommer att ske i samband med figur 8 som visar tidsfönster 801, 805 med några enskilda pulser 810, 820, 830, 840 i ett av tids- fönstren 801. Hänvisningssiffrorna till figur 7 har 700- nummer och hänvisningssiffrorna till figur' 8 har 800- nummer. I ett första steg 710 mäts och lagras tidsläget 815, 825, 835, 845 för framkanterna av de enskilda pulserna 810, 820, 830, 840 i ett tidsfönster 801 relativt en till tidsfönstret 801 motsvarande tidsfönsterstart 802. Där- efter, i ett andra steg 720 fastställs tidsavståndet 812, 10 15 20 25 30 35 507 796 29 823, 834 mellan pulserna. Eventuellt sker en första preliminär sortering av pulserna med hänsyn till frekvens och amplitud i ett tredje steg 730. Ett fjärde steg 740 sorterar pulserna i grupper efter ett första grovt mått på pulsrepetitionsintervall (PRI), det vill säga att en grupp karakteriseras av det i det andra steget 720 fastställda tidsavståndet 812, 823, 834 mellan pulserna. Pulser som härrör från skilda pulståg kommer sålunda att hamna i olika grupper. En viss puls skulle kunna råka ha ett tidsläge att pulsen uppfyller villkoret för flera grupper. I ett sådant undantagsfall anses den tillhöra den grupp med pulser som har flest pulser. Efter insortering i grupper bestäms PRI:et med en hög precision utgående från pulsernas ankomsttider 815, 825, 835, 845 (inom en grupp) i ett femte steg 750. Detta kan ske på olika sätt. Som ett exempel kan skillnader i ankomsttider bildas för pulser med ett inbördes avstånd som är lika med halva tidsutsträckningen för hela det uppmätta pulståget. Antalet skillnader blir sålunda hälften av antalet medverkande pulser, och varje puls medverkar i endast en skillnadsbildning; Medelvärdes- bildning av mätresultaten ger ett noggrant värde på PRI:et.

Därefter i ett sjätte steg 760 minskas tidsläget för varje puls relativt fönsterstarten successivt med beräknat PRI tills ett värde nællan noll och PRI (modulusberäkning) erhålles. Varje puls ger på detta sätt ett tidsläge mellan noll och PRI. Därefter i ett sjunde steg 770 utförs en medelvärdesberäkning av dessa tider mellan noll och PRI.

Genom detta förfaringssätt erhålles en god beräknad uppskattning av tidsläget för pulstågets första puls efter fönsterstarten utan att det nödvändigtvis krävs att denna första puls har detekterats. Det i det sjunde steget 770 erhållna tidsvärdet (TOA) minskas successivt i ett åttonde steg 780 med ett reduceringsvärde tills ett värde mellan 0 och reduceringsvärdet erhålls (modulusberäkning). Därige- nom behöver endast ett tidsvärde (ett datareducerat TOA) på 10 15 20 25 30 35 507 796 30 maximalt reduceringsvärdet överföras till informationscen- tralen. Den datareducerade ankomstiden används i in- formationscentralen till att med en korrelerad datareduce- rad ankomstid från den andra i cellparet tillhörande cellen beräkna ett bäringsvärde enligt exempelvis tidigare beskrivna metoder. Reduceringsvärdet är ett tidsvärde som är större än de mottagna signalernas gångtidsskillnad mellan de två cellerna i ett cellpar. Som ett exempel kan reduceringsvärdet vara 10 ps med en mätbas på 1000 meter mellan cellerna i ett cellpar. Förfarandet med ett reduce- ringsvärde motiveras av att skillnaden i ankomsttiderna till de båda cellerna i ett cellpar uppgår till maximalt 6 ps (1 3 us) med en mätbas mellan cellerna på 1000 meter (med en tidsfördröjning av 3 ns per meter blir den maximala gångtiden mellan cellerna 3 ns * 1000 = 3 us). På detta sätt minskas kravet på överföringskapaciteten. Å andra sidan kan det finnas en viss risk för att signalkorre- leringen i informationscentralen sker mellan signaler från olika sändare. Denna risk bedöms dock som liten, och kan vid behov ytterligare minskas om modulusberäkningen enligt det ovanstående åttonde steget 780 sker med ett större reduceringsvärde till exempel 100 ps istället för lüys.

Informationscentralen sorterar eventuellt bort de längre gångtidsskillnaderna, till exempel samtliga gångtids- skillnader som motsvarar en bäring på mer än 60° relativt mätbasen i cellparen, för att minska problem kring mångty- dighet av resultaten.

I det följande redovisas det nämnda förfaringssättet i mer matematisk form. Vid detektering av en sändarsignal bestäms först värdet på PRI (avståndet mellan pulserna i pulståget). I de vanligen förekommande vågformerna MPD (medium-prf-pulsdoppler) eller HPD (hög-prf-pulsdoppler) har man ett stort antal pulser med inbördes konstant pulsavstånd under en fönstertid på exempelvis fyra milli- sekunder. m stycken pulser utnyttjas vid beräkningen, där 10 15 20 25 507 796 31 m är antalet pulser med konstant PRI i fönstret. Ex- empelvis kan m maximeras till 100 stycken pulser för att minska de enskilda cellernas beräkningsbörda. Detta skulle innebära att all information inte utnyttjas vid vågformen HPD, där 100 pulser har en typisk tidsutsträckning om en halv till en millisekund. Tiden mellan pulsens framkant och fönsterstarten mäts. PRI beräknas därefter enligt följan- de: f" (MoDQÜyPRU) nl m T: där t(i) är tidsläget för puls nummer i relativt fönster- starten och m är antalet använda pulser. Därefter uppskat- tas avståndet (T) från fönsterstarten till första pulsen inom pulsgruppen enligt: Q _ :m (%mw)§Q i=1 (H1/2)2 T kan sålunda ha värden mellan 0 och PRI. För att minska behovet av antalet bitar vid beskrivningen av T beräknas för vardera cellen ett t enligt: t=MOD(T,R) där R är ett reduceringsvärde som överstiger gångtiden mellan tvâ celler i ett cellpar som tillsammans används för bäringsmätning. R kan exempelvis vara 10 ys vid en mätbas på 1000 meter mellan celler i ett cellpar. Detta innebär att vardera cellen skall kunna leverera en tid t. En lämplig upplösning kan exempelvis vara 10 ns, motsvarande 10 bitar. Vid den efterföljande bäringsbestämningen ingår skillnaden i. beräknade t-värden från de båda cellerna.

Denna skillnad överstiger inte i 3 ps, vid en mätbas på 1000 meter mellan celler i cellpar, vilket motiverar förenklingen enligt sista ekvationen. För beräkning av 10 15 20 25 30 507 796 32 bäringen i informationscentralen utnyttjas sålunda ett tmnA enligt: tnToA :Ü -tz där tg och tz anger tidslägen (datareducerade ankomstider) för var sin cell i ett cellpar. Bäringen beräknas därefter lämpligen på det sätt som tidigare visats i samband med figur 4.

I informationscentralen samlas information från samtliga till informationscentralen hörande celler. Informationen innefattar tidskorrektioner som nämnts ovan som innefattar gångtider för klocksignaler mellan celler i ett cellpar och uppmätta tidsavvikelser vid eventuell omställning av en slavcells klocka. Kriteriet för att båda cellerna i ett cellpar antas ha uppfattat samma sändare vid en över- lappande övermålning är att samma identitetskod (sända- re/sändarmod enligt cellens identifiering, PRI, pulslängd samt ytterligare kännetecken) inom ett mätfönster har rapporterats från båda cellerna. Rapporter från celler innefattar information om den sändande cellens identitet, den detekterade sändarens identitetskod, ankomsttidpunkt (TOA), och fönstertidsnummer för aktuellt mätfönster inom tillåten buffringstid.

I informationscentralen finns geografiska kartdata lagrade samt samtliga positioner för celler som tillhör informa- tionscentralen. Informationscentralen undersöker informa- tionen och xnätresultaten från cellerna för intressanta sändare. Där avgörs vilka ankomsttidsdata i ett cellpar inom ett mätfönster som härrör från samma överlappande övermålning från en sändare. En bedömning utförs för att bestämma vilka ankomsttidsdata som ger bäringar av till- räcklig kvalitet för efterföljande positionsbestämning.

Informationscentralen bestämmer sedan vilka beräknade och 10 15 20 25 507 796 33 godkända bäringar från närliggande cellpar som troligen härrör från samma sändare och även samma antennsvep (det vill säga ligger inom rätt tidsintervall, är samma sändar- typ etc.). För denna bestämning jämförs i informations- centralen sändarprofilerna och rimligheten i. det scan- nñnster som kan härledas med hjälp av tidpunkterna för respektive övermålning av en sändare. Rimlighetskriteriet förutsätter att cellparen anger en tidpunkt för över- målningarna i samma tidbassystem sonxdock inte behöver vara justerade bättre än på tiondels sekunder när. Tidbasen kan korrigeras med denna noggrannhet med hjälp av sambands- förbindelserna eller exempelvis med Sveriges Radios tidssignal eller någon annan via radio utsänd tidssignal/- referens. Driften per dag med de kvartsoscillatorer som ansatts är mindre än en millisekund.

En vidareutvekling av uppfinningen är att utnyttja bärings- mätstationer med fyra celler med 90° lober tillsammans täckande 36Uungefär placerade i hörnen av en kvadrat med mätbasens längd som sida. Det (de) cellpar som i varje särskilt fall bäst (med största amplitud och med längsta mätbas projicerad vinkelrät mot syftlinjen mot målet) tar emot signalerna utnyttjas för mätning av bäring.

Uppfinningen är ej begränsad till de ovan nämnda utförings- formerna utan kan varieras inom ramen för de efterföljande patentkraven.

Claims (24)

10 15 20 25 30 35 507 796 34 PATENTKRAV

1. Ett förfarande för datareducering av ankomsttider av radarsignalers pulståg detekterade av celler där cellerna innefattas i ett system för positionsbestämning som underenheter till en informationscentral och där pulstågen innefattar ett antal pulser, kännetecknat därav, att förfarandet innefattar följande steg: - ett tidsfönster med en ändlig tidsutsträckning genereras och märks; - ankomsttider för pulser i tidsfönstret beräknas relativt en till tidsfönstret tillhörande tids- fönsterstart varigenom pulsankomsttider skapas; - en pulsrepetitionsintervallsuppskattning beräknas och associeras med varje puls i tidsfönstret; - pulserna med sina pulsankomstider sorteras in i grupper efter sina respektive pulsrepetitionsinter- vallsuppskattningar; - utifrân de i grupper sorterade pulserna beräknas ett pulsrepetitionsintervallsvärde per grupp; - i varje grupp minskas de till gruppen hörande pul- sernas pulsankomsttider successivt med det till gruppennwtsvarandepulsrepetitionsintervallsvärdet tills samtliga pulsankomstider får ett värde mellan noll och det till gruppen nwtsvarande pulsrepe- titionsintervallsvärdet och därigenom skapas datareducerade pulsankomsttider; - i varje grupp medelvärdesbildas de datareducerade pulsankomsttiderna per grupp och därigenom skapas ett beräknat ankomsttidsläge per grupp; - de beräknade ankomsttidslägena minskas sedan successivt med ett reduceringsvärde som överstiger 10 15 20 25 30 35 507 796 35 pulsernas gångtid mellan två celler i ett cellpar tills det beräknade ankomsttidsläget antar ett värde som är större än noll och mindre än reduce- ringsvärdet och därigenom skapas ett reducerat ankomsttidsläge per grupp.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat därav, att förfarandet även innefattar följande steg: - reducerade ankomsttidslägen från två celler i ett cellpar korreleras minst utifrân tidsfönstrens märkning; - utifrån korrelerade reducerade ankomsttidslägen beräknas en bäring till radarsignalernas sändare relativt cellparet.

3. Förfarande enligt patentkrav 2, kännetecknat därav, att förfarandet även innefattar följande steg: - bäringar beräknade av olika cellpar korreleras; - positionen av den radar vars radarsignaler har detekterats av celler beräknas av informationscen- tralen utav minst två bäringar som korrelerar.

4. Förfarande enligt något av patentkrav 1-3, känne- tecknat därav, att det reducerade ankomsttidsläget sänds via befintliga publika eller andra i totalförsvaret ingående kommunikationsnät till informationscentralen för beräkning av en bäring.

5. Förfarande enligt något av patentkrav 1-3, känne- tecknat därav, att det reducerade ankomsttidsläget beräknat i en av cellerna i ett cellpar sänds till den andra cellen i cellparet för beräkning av en bäring och att den beräkna- de bäringen för cellparet sänds av den andra cellen via befintliga publika eller andra i totalförsvaret ingående kommunikationsnät till informationscentralen. 10 15 20 25 30 35 507 796 36

6. Förfarande enligt något av patentkrav l-5, känne- tecknat därav, att en första sortering av pulserna efter pulserna frekvens och/eller amplitud görs innan pulserna sorteras i grupper.

7. Förfarande enligt något av patentkrav 2-6, känne- tecknat därav, att korreleringen även sker med hjälp av minst en av radarsignalernas parametrar såsom frekvens, pulslängd, kodning eller pulsrepetitionsfrekvens.

8. Ett förfarande för datareducering av radarsignalers ankomsttider detekterade av celler, kännetecknat därav, att tidsfönster med en ändlig tidsutsträckning genereras varvid ankomsttider för radarsignaler detekterade i ett tids- fönster beräknas relativt tidsfönstrets start varefter beräknade ankomstider successivt minskas med ett reduce- ringsvärde tills de beräknade ankomstiderna antar ett värde mellan noll och reduceringsvärdet.

9. Ett förfarande för datareducering av radarsignalers ankomsttider detekterade av celler, kännetecknat därav, att minst ett tidsfönster med en ändlig tidsutsträckning genereras varvid en ankomsttid för en radarsignal detekte- rad i tidsfönstret beräknas relativt tidsfönstrets start varefter den beräknade ankomstiden successivt minskas med ett reduceringsvärde tills den beräknade ankomstiden antar ett värde mellan noll och reduceringsvärdet.

10. Förfarande enligt något av patentkrav 8 eller 9, kännetecknat därav, att reduceringsvärdet är större än den maximala ankomsttidsskillnad som kan uppstå när en radar- signal mottas av två celler i ett cellpar och mindre än ett tidsfönsters tidsutsträckning.

11. ll. Förfarande enligt något av patentkrav 8-10, känne- tecknat därav, att en identitetsmärkning av tidsfönster ut- 10 15 20 25 30 35 507 796 37 förs vid genereringen av ett tidsfönster där identitets- märkningen är till för att tidsfönster genererade i olika celler skall kunna associeras med varandra så att an- komsttider från olika celler kan korreleras.

12. Systenx för att positionsbestämma bestämda före- teelser, företeelser som genererar elektromagnetiska signaler med en geografiskt begränsad och tidsvarierande geografisk utbredning, i ett område där dessa företeelser kan uppfattas med hjälp av de elektromagnetiska signaler som företeelserna genererar, kännetecknat därav, att nämnda system innefattar - minst en informationscentral (110) inrättad att via informationsöverföring mottaga information från underenheter, - minst fyra celler (130-139) för varje i systemet ingående informationscentral där dessa celler är inrättade att fungera som underenheter till en in- formationscentral och där cellerna är inrättade parvis i cellpar, där varje cell innefattar - minst en sensor (270, 271) inrättad att detek- tera nämnda elektromagnetiska signaler där sensorn innefattar en antenn med tillhörande mottagare, - en realtidsklocka inrättad att generera tids- fönster med en begränsad tidsutsträckning, - medel inrättat att gentemot tidsfönstrens start registrera ankomsttider av pulser i ett pulståg i de detekterade elektromagnetiska signalerna, - medel inrättat att av de registrerade ankomst- tiderna beräkna en pulstågsankomsttid och genom modulo-räkning datareducera den beräk- nade pulstågsankomsttiden för att därigenom skapa en datareducerad ankomsttid, 10 15 20 25 30 35 507 796 38 - medel inrättat att synkronisera tidsfönster mellan celler i ett cellpar, och där systemet är inrättat att utifrån särdrag hos pulsstågen korrelera datareducerade ankomsttider från celler i cellpar, att beräkna bäringar utifrån skillnader i korrelerade datareducerade ankomstider, att utifrån absolut tid och särdrag hos pulstågen korrelera bäringar beräknade från datareducerade ankomsttider från olika cellpar och att utifrån korrelerade bäringar beräkna positioner av de företelser vilkas elektromagnetiska signaler har detekterats av celler i systemet.

13. Systenxenligt patentkrav 12, kännetecknat därav, att nämnda elektromagnetiska signaler är inom radiofrekvensom- rådet och innefattar radarsignaler.

14. Systenlenligt patentkrav 13, kännetecknat därav, att nämnda särdrag hos pulstågen innefattar minst en parameter av antingen frekvens, pulslängd, kodning eller pulsrepeti- tionsfrekvens.

15. System enligt något av patentkrav 12-14, känneteck- nat därav, att nämnda informationsöverföring utnyttjar befintliga publika eller andra i totalförsvaret ingående kommunikationsnät och att de datareducerade ankomstiderna överförs från cellerna till sina respektive informations- central via något av nämnda nät.

16. System enligt något av patentkrav 12-15, känneteck- nat därav, att vissa av cellerna är inrättade att från deras informationscentral kunna via nämnda informations- överföring aktiveras och deaktiveras.

17. System enligt något av patentkrav 12-16, känneteck- nat därav, att nämnda system innefattar en eller flera grupper där en eller flera celler enligt bestämda kriterier 10 15 20 25 30 35 507 796 39 tilldelas en grupptillhörighet till en av nämnda grupper och där nämnda kriterier enligt vilka en cell tilldelas en viss grupptillhörighet innefattar en eller flera av cellens funktion, cellens utformning, cellens typ av informations- överföring eller geografisk placering av cellen.

18. Systenlenligt patentkrav 17, kännetecknat därav, att varje nämnda cell har en unik adresskod och att varje cell med en grupptillhörighet har en gruppadress som är samma för samtliga celler som tillhör samma grupp.

19. System enligt något av patentkrav 12-18, känneteck- nat därav, att cellerna är inrättade att laddas med nya parametrar från en informationscentral, där dessa paramet- rar definierar företeelsen och utgör beslutsunderlag för cellen.

20. System enligt något av patentkrav 12-19, känneteck- nat därav, cellerna innefattar ett flertal olika program för funktion och beslutsfattande och att en informations- central kan valbart via informationsöverföringen aktivera någon av dessa.

21. System enligt något av patentkrav 12-20, känneteck- nat därav, att cellerna kan motta och lagra ett eller flera nya program från en informationscentral.

22. System enligt något av patentkrav 16-21, känneteck- nat därav, att en eller flera av cellerna innefattar medel (250) för tvåvägskommunikation mellan en informationscen- tral och denna cell eller dessa celler.

23. Systen1enligt patentkrav 22, kännetecknat därav, att en eller flera av nämnda celler förutom medel för två- vägskommunikation även innefattar medel (250) för en- vägskommunikation mellan en informationscentral och denna 10 507 796 40 cell eller dessa celler och att nämnda aktivering och deaktivering av celler sker via nämnda envägskommunikation.

24. Systenlenligt patentkrav 23, kännetecknat därav, att en eller flera av nämnda celler innefattar kraftförsörjning via batterier och/eller solceller och att varje enskild cell av dessa celler intar ett viloläge med låg ström- förbrukning för att spara strön\ så länge cellen. ej är aktiverad.