CN101551449B - 多边定位设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及多边定位设备。在多边定位设备中，相关器被提供有到达时间相关窗口，所述到达时间相关窗口被设置为适合于来自要被定位的目标的信号在被系统中的接收机接收之前可能经历的路径长度。这可以是基于系统中的最大的可能的路径长度或是逐个接收机地确定。

Description

多边定位设备
技术领域
本发明涉及多边定位(multilateration)设备，具体地但不排他地，涉及用于定位发射射频信号的航空器的多边定位设备。
背景技术
多边定位系统是位于不同的地理位置的接收机站的装置，所述接收机站接收来自要定位其位置的目标所发射的信号。航空器定位系统是用于多边定位的当前的应用的例子。航空器发射信号，所述信号由基于地面的接收机接收。从信号到达接收机的时间和它们的位置的知识，可以确定在发射时航空器的位置。这样的系统在GB2250154A中被描述，该专利的内容通过引用被结合于此。
系统中的每个接收机站需要精确的频率源用于成功的操作。正如将会被理解的，对于牵涉到常常快速运动的航空器的这样的安全性关键的应用，精度和可靠度不是小事情。所以，具有诸如铷或铯振荡器那样的昂贵的、基于原子钟的本地频率基准，并不是不寻常的。然而，即使这样，这些仍旧特别是在环境改变时尤其是诸如在温度变化时遭受性能漂移。
信号的到达时间通常是相对于从频率源得到的时间基准来测量的，所述频率源则与诸如全球导航卫星系统的全球时间基准相关。实际上，信号的到达时间(TOA)是在每个接收机处利用到达时间(TOA)相关器相对于全球时钟测量的。所述相关器监视预期信号，并保证该正确的信号被使用来执行多边定位计算。
来自航空器的被相关的发射然后被使用来提供TOA向量，所述TOA向量然后被处理，以便导出航空器的位置。
发明内容
本发明是在试图增强多边定位系统中的接收信号的相关性的尝试中引起的。具体地，保证相关运算的速度和精度，并满足于性能改变和配置改变。
所以，按照本发明，提供了多边定位系统控制器，该多边定位系统控制器包括到达时间相关器，其用于利用基于接收机位置的到达时间窗口来执行到达时间相关，所述窗口包括由多边定位系统中的多个接收机对信号的接收可能经历的时间差，把窗口使用到(applying)接收的同步的到达时间数据，以确定哪些数据具有低的概率源自单个航空器以及哪些数据具有高的概率源自单个航空器，以及至少把具有高的概率的数据传递到多边定位处理器，多边定位处理器执行多边定位以便确定航空器的位置。
通过提供基于接收机位置的到达时间窗口，该窗口可被选择为所使用的接收机的配置的最佳值。有利地，这将根据所使用的接收机组合动态地完成，这允许不同的到达时间窗口被使用于不同的接收机组或子组。
本发明在其中使用在不同的相邻的多边定位系统中的接收机的情况下甚至是更有利的。建议在系统之间的边界区域中结合来自第二系统的接收机一起使用来自第一系统的接收机，以提供覆盖边界区域的定位能力。接收机组可以由两个系统和它们的返回结合形成。GB2440572描述了这样的系统。使用两个系统的困难在于，它们可能与不同的系统时钟和将难以同步的其它部件一致地工作。即使同步时，随着部件的老化，可能出现同步偏差。在本发明的所描述的实施例中，这个问题通过提供至少部分地基于可允许的同步误差的相关窗口而被缓和，其保证接收信号的相关性(correlation)。发明人也意识到，由于天气，系统还可能经受不同的环境条件，这也可能影响系统性能。
在最广泛的方面，还提供了到达时间相关窗口，其被应用到来自在两个或更多不同多边定位系统中的接收机的数据。优选地，至少部分地参照所使用的接收机位置确定到达时间窗口。另外，优选地，至少部分地从潜在的系统同步失配的判定来确定到达时间窗口。
到达时间窗口将在考虑所使用的接收机之间的路径长度下被确定。所以，当所使用的接收机的组合变化时，到达时间窗口可被改变。当最坏可能的情形时，可以使用基于最大可能路径长度差的到达时间窗口，优选地，使用对于每个接收机被定制的多个窗口。这将使得被相关的接收信号的数目最大化。
到达时间窗口将参照发送的无线电波的速度和取决于路径长度差的、信号到各个接收机所花费的时间而被确定。这可以当作真空中的光速C对待，但它可以是无线电波通过空中传输的更精确的数字。可以提供按照普遍的大气层条件来调节所使用的数字的装置。
到达时间窗口可以被规定并且被保存在存储器表中，或它可以在使用以前被计算。
附图说明
现在参照附图，仅仅作为例子描述本发明的具体实施例，其中：
图1示出按照本发明的多边定位系统的总貌；
图2示出在图1中所示出的系统中使用的相关器；以及
图3示出本发明可被使用来对来自被组合的两个不同多边定位系统中的接收机的接收信号进行相关的方式。
具体实施方式
如图1所示，多边定位系统1包括位于地面上许多位置的多个接收机站2到6。这些接收机站接收包括来自安装在航空器7上的应答器的代码的发送信号。所述代码是二次监视雷达代码，它可以是模式A、模式S、模式C，或可以是未知的代码模式。
接收机站4被称为主站，因为它包括控制器，其使用来自接收机的数据来执行多边处理。(在替换实施例中，它不一定与接收机在同一地点。)来自接收机站2，3，5，和6的数据通过数据链路8被传递到主站4。
控制器20是以微处理器为基础的，并更详细地示出于图2中。它包括被链接到数据链路8并且从而链接到接收机站的多个输入端口21到24。输入端口21到24被连接到定时校正处理器25。定时校正处理器25通过使用以已知的方式从由各接收机站提供的全球导航卫星系统数据导出的校正值来校正每个接收机站处的定时的变化。全球导航卫星系统数据在到同步处理器27的端口26处从这些接收机站接收。同步处理器27应用同步算法，以产生所需要的时间校正。时间校正值被输入到定时校正处理器25。可以理解，定时校正可以是由接收机在多边定位系统中或以其它方式接收信号所经历的时间差。
时间校正的或同步的到达时间消息被耦合到到达时间相关器28。相关器28把数据形成为为了代码或事件的特定传输而产生的组。这些事件通过应用被保存在存储器29中的到达时间窗口而相对于时间被相关。因此，如果模式A、模式C、模式S或未知的模式代码在某个时间窗口或帧到达，则它们被认为是作为相同的发射事件源自同一航空器。相关器也结合来自所有的接收机的相同事件的到达时间信息作为所谓的到达时间向量，该到达时间向量可以是取决于接收了特定代码发射的接收机的任意长度。这些向量然后被传递给到达时间差处理器29，所述到达时间差处理器使用已知的多边定位处理(例如，诸如在GB2349531中公开的)，以产生跟踪数据，所述跟踪数据被传递到跟踪存储器30。跟踪存储器30把轨迹提供给绘画系统，用于显示航空器的轨迹和位置。
TOA相关器具有识别和相关在接收机处接收的相同信号的功能。这些信号根据它们的到达时间利用被保存在存储器29中的到达时间窗口进行相关。由于在不同的接收机处接收相同信号会引起到达时间的最大的差值。这主要是由于在接收机地点之间的路径差，在这个实施例中，具有540微秒的最大值。(这可以随系统而变化，所以应当基于系统到系统地被确定)。如果信号到达窗口内，则它将具有高的、由同一发射事件引起的概率。
在替换实施例中，到达时间窗口可以在需要时被确定。另外，可以应用一个以上的窗口。例如，系统最大路径长度情形可被使用来推导窗口或它可以逐个接收机地被确定。因此，多个窗口可以以动态方式被确定，以便适合于接收机的不同的组合的使用。
图3示出另一个实施例。在这个实施例中，第一多边定位系统A提供使用窗口WA而进行相关的到达时间值。多边定位系统B提供使用窗口WB根据在该系统中涉及到的路径长度而进行相关的到达时间值。这些值然后被提供到组合系统处理器，所述组合系统处理器使用相关窗口WC对所述到达时间数据进行相关。窗口WC将是基于路径长度和无线电波的传播速度的考虑的窗口，以便导出在有效地组合的系统中的接收机之间的延时和适合于在系统A和B之间的潜在同步差或失配的时间值。这是特别有利的，因为每个系统将具有不同的时钟和部件，它们具有可能随时间变化的参数。在这样的地理上分散的系统处的环境条件也可能显著地变化，这又使得系统性能失配。当窗口是使用由位于接收机和系统内的环境传感器提供的数据被建立时，可以考虑这一点。
环境传感器输出也可以被使用来确定将会影响无线电波传播的因素。这将与被使用于相关的到达时间窗口的宽度有关，因为传播速度将决定由于路径长度差造成的延时。

Claims (5)

1.多边定位系统控制器，包括到达时间相关器，所述到达时间相关器用于利用基于接收机位置的到达时间窗口来执行到达时间相关，所述窗口包括由多边定位系统中的多个接收机对信号的接收可能经历的时间差，将所述窗口使用到接收的同步的到达时间数据，以确定哪些数据具有低的概率源自单个航空器以及哪些数据具有高的概率源自单个航空器，并且至少将具有高的概率的数据传递到多边定位处理器，所述多边定位处理器执行多边定位，以确定所述航空器的位置。
2.如权利要求1所述的多边定位系统控制器，其中所使用的到达时间窗口参照该系统对于由任意接收机所接收的信号的最大时间差被确定。
3.如权利要求1所述的多边定位系统控制器，其中所使用的到达时间窗口逐个接收机地被确定。
4.如权利要求1-3中任意一项所述的多边定位系统控制器，其中该到达时间相关器利用基于由两个或更多多边定位系统中的多个接收机对信号的接收可能经历的时间差的到达时间窗口来对从在所述两个或更多多边定位系统中的接收机接收的数据进行相关。
5.如权利要求4所述的多边定位系统控制器，其中该到达时间窗口还根据在这些系统之间的预测的同步失配被确定。
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