CN104714227A - 使用消费者电子设备进行飞行物跟踪的方法和分布式系统 - Google Patents

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Abstract

一种适用于进行飞行物跟踪的分布式系统的消费者电子终端，所述终端包括：位置确定信号接收器；控制器；存储器；以及数据发射器，所述终端进一步包括：所述控制器被配置来从所述位置确定信号接收器接收数据，并且使用数据发射器将关于给定可利用的至少一个卫星的信号强度变化的信息传达至至少一个服务器。本发明还涉及一种使用消费者电子设备进行飞行物跟踪的雷达设施，所述雷达设施包括：数据库，其被配置来存储从多个根据本发明的消费者电子终端接收的信息；数据处理器，其被配置来根据存储在规则数据库中的规则而过滤存储在所述数据库中的数据；所述数据处理器被进一步配置来基于所过滤的数据而识别表示飞行物的路线的时间相干变化。

Description

使用消费者电子设备进行飞行物跟踪的方法和分布式系统
技术领域
本发明涉及一种使用消费者电子设备进行飞行物跟踪的方法和分布式系统。在将要检测隐形物体或不可通过典型有源雷达系统检测的任何其它物体的情况下，所述方法具有适用性。此外，所述方法适用于飞行物轨迹预测系统中。
背景技术
在现有技术中，已知无源雷达的概念。无源雷达系统(也称为无源相干定位和无源隐蔽雷达)涵盖一类通过处理来自环境中非合作照射源的反射而检测和跟踪物体的雷达系统，所述反射如商业广播和通信信号。它是双基地雷达的一个特例，所述双基地雷达还包括对合作和非合作雷达发射器的开发利用(来源：维基百科(Wikipedia))。
然而，这类系统需要专业、复杂和昂贵的器材以便检测非合作飞行物。
因此需要提供一种使用消费者电子设备进行飞行物跟踪的高效计算机实现方法和分布式系统。
发明内容
本发明的目标是一种适用于进行飞行物跟踪的分布式系统的消费者电子终端，所述终端包括位置确定信号接收器；控制器；存储器；以及数据发射器，所述终端的特征在于，其进一步包括：所述控制器被配置来从所述位置确定信号接收器接收数据，并且使用数据发射器将关于给定可利用的至少一个卫星的信号强度变化的信息传达至至少一个服务器。
本发明的另一目标是一种使用消费者电子设备进行飞行物跟踪的雷达设施，所述雷达设施包括：数据库，其被配置来存储从多个根据本发明的消费者电子终端接收的信息；数据处理器，其被配置来根据存储在规则数据库中的规则而过滤存储在所述数据库中的数据；所述数据处理器被进一步配置来基于所过滤的数据而识别表示飞行物的路线的时间相干变化。
优选地，由所述数据处理器执行的过滤丢弃与已知具有不良GPS接收的区域相关的消息。
优选地，从多个消费者电子终端接收的信息包括根据NMEA标准的GGA或GGA+GSV+GSA数据。
优选地，所述数据处理器被配置来将表示飞行物的路线的所识别时间相干变化与飞行控制数据库数据进行比较，以便根据表示飞行物的路线的已识别时间相干变化消除已知飞行物。
优选地，所述数据处理器被配置来基于特定卫星的信号变化而计算飞行物的性质。
本发明的另一目标是一种使用消费者电子设备进行飞行物跟踪的方法，所述方法的特征在于，其包括以下步骤：从多个根据本发明的消费者电子终端接收信息并将所接收的信息存储在数据库中；从所述数据库过滤可适用于给定时间瞬间和给定区域的一组消息；识别表示飞行物的可能候选路线的时间信号强度相干变化；将可能的候选路线与来自至少一个外部数据库的外部数据进行比较，以便消除已知的飞行物；选择未知物体；以及基于特定卫星的信号变化来计算所选未知物体的飞行物性质。
优选地，所述物体性质选自由以下组成的组：飞行物的速度、不久后可能的位置、飞行高度、大小、平均轨道宽度。
优选地，从多个消费者电子终端接收的信息包括根据NMEA标准的GGA或GGA+GSV+GSA数据。
优选地，过滤一组消息的步骤丢弃信号损失的消息和/或与已知具有不良GPS接收的区域相关的消息。
本发明的另一目标是一种包括程序代码工具的计算机程序，当所述程序在计算机上运行时，所述程序代码工具用于实行根据本发明的方法的所有步骤。
本发明的另一目标是一种存储计算机可执行指令的计算机可读介质，所述计算机可执行指令在计算机上被执行时，实行根据本发明的方法的所有步骤。
附图说明
本发明借助于示例性实施方案在图式上示出，在图中：
图1呈现根据本发明的系统的示意图；以及
图2描绘根据本发明的方法的示意图。
具体实施方式
存在常用的位置确定系统，如全球定位系统(GPS)或全球导航卫星系统(GLONASS)。GPS是一种基于空间的卫星导航系统，其提供在地球上或地球附近对四个或更多个GPS卫星存在无阻挡实现视线的任何地方的、在所有天气条件下的位置和时间信息。系统为全世界的军事、民事和商业用户提供决定性的能力。所述系统由美国政府支持并任何人可利用GPS接收器来进行自由存取(来源：维基百科)。
另外，当今存在日益增多的内置于移动通信设备中的常用GPS信号检测器，所述移动通信设备如移动电话、卫星电话、便携式计算机、导航系统，它们统称为消费者电子设备。这类消费者电子设备常常(并非总是)包括允许优选地用于双向数据通信的有线或无线连接性，例如Wi-Fi或3G。
本发明的目标在于利用消费者电子设备的处理能力和众多这样的消费者电子设备(例如，在给定瞬间的数百万个装置)以便向雷达系统的服务器提供报告，所述消费者电子设备配备有位置确定系统和通信工具(优选地双向通信工具)。
这种简短的报告将通知服务器对给定位置的位置确定信号变化的检测。这个特征可使用NMEA 0183标准消息GGA或GGA+GSV+GSA来实现。从消费者电子设备发送到预定数据库(例如，云端)的这种少量的数据将形成在雷达系统的设施处进行进一步分析的基础。
给定位置中的位置确定信号强度(或其它信号参数，如统称为信号强度的抖动)的变化只有在已达到预定变化阈值的情况下才可由消费者电子设备报告至集中服务器(雷达系统的设施)。
根据本发明的系统是一种分布式系统，其基于由消费者电子设备连续更新的数据库内容来无源检测给定区域上方约2万公里高度处的空间中的物体。
雷达系统的服务器执行分析算法，所述分析算法分析从多个雷达检测器(消费者电子设备)接收的数据，以便生成关于地理位置中的未来警报或威胁的可能性的预测。
雷达系统的服务器可基于对应于多个雷达检测器(消费者电子设备)中的每一个的地理位置，将预测传达至雷达检测器中的每一个。每一个雷达检测器可基于对应于与雷达检测器中的每一个对应的地理位置的预测，将所需要的警报等级传达至它的对应雷达检测器用户。
数百万份所检索的报告被存储在数据库中，并且将使得展示给定区域在特定时间瞬间的信号变化/波动图为可行的。自然地，可存在关于由于环境参数的信号波动的大量信息，所述环境参数如驾驶通过隧道、信号因建筑物而模糊、森林的存在、雨云(rain cloud)、GPS基础结构中的技术问题等等。然而，飞行物也将引起位置确定系统的信号变化/波动。
当显示了在特定时间段产生的这类图并且基于时间点(逐帧地)进行分析时，可能找出多组信号变化的趋势-类似于天气图。
基于这些分析，可能找出所关注的路径变化(与由于技术、建造物或天气的变化相对比)。可将所关注的路径变化与可从飞行控制系统和气象系统获得的数据比较，以便确定什么种类的条件引起位置确定系统信号变化/波动。在给定区域中观察到未知原因的路径变化的情况下，可能估算出不久后的位置变化并且通知适当的军事、治安或飞行控制组织。
图1呈现根据本发明的系统的示意图。所述系统包括多个消费者电子设备101至101n，它们中的每一个包括位置确定信号接收器，如GPS信号接收器102。
GPS信号接收器102将数据输入至控制器103，所述控制器使用存储部件105处理所接收的数据。控制器可基于由GPS信号接收器102接收的信号来分析数据并计算出接收器101的位置。
接收器101另外与雷达系统的数据库107通信耦合。通信耦合至控制器103的数据发射器104用于将来自接收器101的消息传达至包括数据库107的雷达系统的服务器。消息优选地包括由GPS接收器(以NMEA标准)提供GGA或GGA+GSV+GSA数据，以及替代地关于给定可利用卫星的接收器位置和/或信号强度变化的时间和位置信息。呈有利配置的数据发射器104允许双向数据交换106。
数据库107存储从接收器101至101n接收的信息。存储在数据库107中的数据由配置来过滤数据的数据处理器108利用，例如通过丢弃信号损失的消息来将可适用于给定时间瞬间和给定区域的消息分组。
处理器108也可丢弃与已知具有不良GPS接收(基于从气象数据库111获得的气象数据)的区域相关的消息(基于来自至少一个外部数据库的数据)，所述不良GPS接收是由于例如暴风、降雪等和/或GPS系统技术/维护原因。数据处理器108可识别可为飞行物的路线的时间相干变化，并且将所估算路线与飞行控制数据库110进行比较，以便根据分析消除(基于来自至少一个外部数据库的数据)已知飞行物。最终，数据处理器108可输出109(使用适合的数据输出技术)用于其它服务的未知物体数据包。在这样的输出之前，数据处理器108可基于特定卫星的信号变化计算物体性质。例如，计算飞行物的速度，估算不久后可能的位置，估算飞行高度或基于平均轨道宽度估算物体大小。
规则数据库112可用于存储关于确定适当轨迹的方法的信息(系统可从它的确认结果获知)。另外，可存在用于路径的已存储过滤规则以及数据聚集规则和/或路径宽度估算规则。
图2描绘根据本发明的方法的示意图。所述方法部分地在消费者电子设备(步骤201至207)处和部分地在雷达系统的服务器(步骤208至214)上执行。
在消费者电子设备101处，由位置确定信号接收器102收集可利用卫星信号201。基于这个数据，计算202接收器101的位置。随后，在步骤203处，将来自位置确定信号接收器102的消息提供至控制器103，所述消息提供位置信号数据。在步骤204处，确定可利用卫星的信号强度。接着，在步骤205处，消费者电子设备将关于可利用卫星的信号强度的信息与暂时存储在存储器105中的针对同一卫星在至少一个先前时间瞬间的信号强度值进行比较。在控制器103检测到信号强度的可察知变化的情况下，方法进行至步骤207，其中将关于可察知信号变化的信息发送至雷达系统的服务器。否则，当控制器103并未检测到信号强度的可察知变化时，程序回到步骤201。
发送步骤207可按要求周期性地执行或在一批包括一组消息的数据已被收集时执行。
雷达系统的服务器从多个消费者电子设备101至101n接收关于信号强度的可察知变化的数据，并且将数据存储在数据库107中。随后，服务器例如通过丢弃信号损失的消息来执行过滤步骤208，以将可适用于给定时间瞬间和给定区域的消息分组。在这个步骤，处理器108也可丢弃与已知具有不良GPS接收(基于从气象数据库111获得的气象数据)的区域相关的消息，所述不良GPS接收是由于例如暴风、降雪等。类似地，处理器108可基于来自GPS数据库113的针对特定区域的数据，根据卫星可利用性或其它技术原因的变化丢弃数据。
接着，在步骤209，服务器从数据库107选择所定义时间段内的一批消息。然后，程序前进到步骤210，其中识别可为飞行物的路线的时间相干变化(这些相干变化表示可能候选路线)。
用于识别时间相干变化的方法可包括根据图像处理技术(如分割和识别)所知的方法，所述图像处理技术利用线性和非线性滤波器和/或利用卷积和形态学滤波器。
随后，在步骤211，将所估算路线与飞行控制数据库101数据进行比较，以及消除已知的飞行物。接着，在步骤212，基于先前分析选择未知的飞行物，处理器108可针对所述未知飞行物、基于特定卫星的信号变化来任选地计算飞行物性质。最后，在步骤214报告分析的结果。这种报告可例如达到某些权力机构，包括飞行控制或军事单位。
本领域技术人员可容易地认识到，使用消费者电子设备的用于飞行物跟踪的上述方法可通过一个或多个计算机程序来实行和/或控制。这些计算机程序通常通过利用设备的计算资源来执行。计算机程序可存储在例如闪存存储器的非易失性存储器或例如RAM的易失性存储器(或以其它方式存储在非暂态计算机可读介质)中，并且通过处理单元来执行。这些存储器是用于存储计算机程序的示例性记录介质，所述计算机程序包括执行根据本文提出的技术概念的计算机实现方法的所有步骤的计算机可执行指令。
虽然已参考特定的优选实施方案来描绘、描述并定义本文提出的本发明，但是前述说明书中的实施方式的这些参考和实例并不意味对本发明的任何限制。然而，将为明显的是，可在不脱离技术概念的较宽范围的情况下作出各种修改和变化。本发明的优选实施方案仅仅是示例性的，并且不是本文提出的技术概念的范围的详尽内容。
因此，保护范围不限于本说明书中描述的优选实施方案，而仅由随附权利要求书限制。
另外，本申请中设想所附权利要求的任何组合。

Claims (12)

1.一种适用于进行飞行物跟踪的分布式系统的消费者电子终端，所述终端包括：
位置确定信号接收器(102)；
控制器(103)；
存储器(105)；以及
数据发射器(104)
所述终端的特征在于，其进一步包括：
所述控制器(103)被配置来从所述位置确定信号接收器(102)接收数据，并且使用所述数据发射器(104)将关于给定可利用的至少一个卫星的信号强度变化的信息传达至至少一个服务器。
2.一种使用消费者电子设备进行飞行物跟踪的雷达设施，所述雷达设施包括：
数据库(107)，其被配置来存储从多个如权利要求1所述的消费者电子终端(101至101n)接收的信息；
数据处理器(108)，其被配置来根据存储在规则数据库(112)中的规则而过滤存储在所述数据库(107)中的数据；
所述数据处理器(108)被进一步配置来基于所过滤的数据而识别表示飞行物的路线的时间相干变化。
3.如权利要求2所述的雷达设施，其特征在于由所述数据处理器(108)执行的所述过滤丢弃与已知具有不良GPS接收的区域相关的消息。
4.如权利要求2所述的雷达设施，其特征在于从多个消费者电子终端接收的所述信息包括根据NMEA标准的GGA或GGA+GSV+GSA数据。
5.如权利要求2所述的雷达设施，其特征在于所述数据处理器(108)被配置来将表示飞行物的路线的所识别时间相干变化与飞行控制数据库(110)数据进行比较，以便根据表示飞行物的路线的已识别时间相干变化消除已知飞行物。
6.如权利要求2所述的雷达设施，其特征在于所述数据处理器(108)被配置来基于特定卫星的信号变化而计算飞行物的性质。
7.一种使用消费者电子设备进行飞行物跟踪的方法，所述方法的特征在于，其包括以下步骤：
从多个如权利要求1所述的消费者电子终端(101至101n)接收信息并将所接收的信息存储在数据库(107)中；
从所述数据库(107)过滤(208)可适用于给定时间瞬间和给定区域的一组消息；
识别(210)表示飞行物的可能候选路线的时间信号强度相干变化；
将所述可能的候选路线与来自至少一个外部数据库(110、111、112)的外部数据进行比较(211)，以便消除已知的飞行物；
选择(212)未知物体；以及
基于特定卫星的信号变化来计算(213)所选未知物体的飞行物性质。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于所述物体性质选自由以下组成的组：所述飞行物的速度、不久后可能的位置、飞行高度、大小、平均轨道宽度。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于从多个消费者电子终端接收的所述信息包括根据NMEA标准的GGA或GGA+GSV+GSA数据。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于所述过滤(208)一组消息的步骤丢弃信号损失的消息和/或与已知具有不良GPS接收的区域相关的消息。
11.一种包括程序代码工具的计算机程序，当所述程序在计算机上运行时，所述程序代码工具用于实行如权利要求7所述的方法的所有步骤。
12.一种存储计算机可执行指令的计算机可读介质，所述计算机可执行指令在计算机上被执行时，实行如权利要求7所述的方法的所有步骤。
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