CN1295671A - 一种对多个远程发射机进行大地定位的系统和方法 - Google Patents

Abstract

比较廉价的发射机可以同时将识别信号发送到一个或多个接收站,接收站将检测来自远程发射机的信号,确定该信号的到达时间,并对包含在该信号中的信息(如果有)进行解码,在接收站和发射机之间或在发射机中间所有信号不同步并且全都没有用于轮询各种远程发射机的中心系统。该系统能够结合从二个或二个以上的接收站接收的信号信息。

Description

一种对多个远程发射机进行大地定位的系统和方法

本发明涉及用于对信息进行通信和用于确定一个远程发射机的大地定位的系统和方法。本发明尤其涉及一种用于在没有同步或轮询的情况下从多个远程发射机进行通信以及用于确定多个发射机中特定的一个的大地定位的系统。

使用通信系统已是众所周知，在这些系统中，相对于中央基本单位的单个单位在其传输范围内与多个单位、经常是移动单位进行通信。象出租汽车，公共服务应急人员等等所使用的中央调度系统在远程单位和中央基本单位之间进行话音通信以及最近又进行数字数据通信。还有其他的本系统从远程单位到中心基本单位只进行数字数据通信，例如经常从一个广大的地域到一个中心位置发送遥感器数据的“数据无线电”。一个已知的问题是需要协调来自各种的远程单位的传输以避免与一个其他的单位发生冲突。无数的技术已被用来提供这样的协调或解决冲突。例如，在某些系统中，各种远程发射机通过中心站以一种逻辑顺序或随机顺序被轮询。然后只有接收轮询的远程单位在随后预定的时间周期期间才被容许发送。在其他系统中，每个远程单位接收一个公共时钟信号并在从公共时钟信号产生的某个时间向中心站发送。这两个现有方案设计在某种程度上能避免冲突，而每个远程单位按一种希望的成本既能够接收又能够发送信号。另外，发出轮询或时钟信号所需要的时间将减少适用于远程单位发射的次数。

其它的已知系统以一种明显的对于具有很多远程发射机系统所占有的相当大数量带宽的成本通过将单独的发送频率分配给每个远程单位来避免冲突。还有另外的系统容许冲突发生和依靠远程发射机监视通信频率以便确定一个冲突是否已经发生以及是否在检测到一个冲突时重新开始信息的传输。这样的系统还要求该远程单位具有既接收又发送信号的能力。此外，已知这样的系统时而使冲突重复发生，时而在相对长的时间周期延迟接收在该系统中所包含的信息。最后，在这种系统中远程发射机的数目被限制于某个数目，该数目取决于每个远程单位多少时间发送一次和每次传输的长度。

人们还知道根据多重接收从一个远程发射机发射的信号对一个远程发送单位进行大地定位，例如，多个接收站可以接收从一个远程移动单位发送的信号，并比较在各种接收机的到达时间以便确定一个从那里发送信号的大地定位。类似地，多个接收站可以确定来自远程移动单位的信号的到达角度，并通过结合多站中不同到达角度的确定可以计算发送移动单位的合理的大地定位。通常，这种定位系统的复杂性随着必须跟踪的远程单位的数目显著地增加。

象在话音或数据通信的环境中那样，如果多个远程单位必须同时被跟踪，那么它们的信号冲突的可能性将增加。当这些信号冲突时，对于该接收机往往难以(如果可能)区分发送已冲突的定位信号的单位的定位。为了避免冲突，某些现有定位系统已使用轮询，公共时钟信号，单独频率等，这样使得检测接收机能够明显地检测一个定位信号。还有其他的系统凭借多次发送定位信号以便增加该中心接收机至少接收一个定位信号的可能性。后面的这种技术就带宽而论显然比较昂贵。

对于定位系统人们还建议在远程移动单位使用直接扩展频谱调制技术以避免冲突问题和有限的带宽可利用性。在这种系统中，每个远程发射机可以使用一种伪随机数(“PN”)调制以便跨过一个宽的带宽扩展定位信号。这种系统通过多远程单位在定位信号的传输方面可望获得某些成功；但是，使用这种系统通常涉及一种更多排相关器的设计和操作，该相关器能够检验对于所有容许的PN码在一个很短的时间周期内存在的输入信号。大量可能的PN码通常导致一种复杂而昂贵的接收机去检测各种可能的PN码。

本发明的一个目的是打算提供一种用于在没有一个公共时钟信号或一个轮询信号的情况下从多个地区不同的发射机同时进行无线电频率信号通信以及用于在没有大量冲突的情况下从多个发射机进行信号通信的系统和方法。

本发明的另一个目的是提供一种在没有相关器组的情况下从多个发射机到一个接收机内同时进行通信的系统和方法。

另一个目的是打算提供一种在没有一个公共时钟信号或轮询信号的情况下确定一个以上的多个同时发送的远程单位的定位的系统和方法。

根据本发明，一种用于确定一个发射机的位置的定位系统包括多个接收机，每个接收机包括用于接收一个在那里含有被调制的数字数据的辐射信号的装置；一个用于将所述接收的辐射信号下变频到一个较低频率信号的下变频器；一个线性调频脉冲发生器；一个借助于一个从所述线性调频脉冲发生器接收的线性调频脉冲周期性地解调所述较低频率信号以便产生具有一个涉及在该线性调频脉冲的开始和该数字数据的开始之间的时间关系的频率的波形信号的解调器；一个用于将所述波形信号滤波以便将波形信号移到一个预定的频率范围之外的滤波器电路；一个用于从连续地被解调、滤波的波形信号之间的时间关系中对在被滤波的波形信号内的数字数据进行解码的检测器；用于确定在每个所述多个接收机接收的所述连续地被解调、滤波的一个公共波信号的到达时间的控制设备；以及用于通过比较在所述多个接收机中的到达时间确定所述发射机的位置的设备。

本发明将参照附图举例进行说明，其中；

图1是一种通信系统的简化插图表示法。

图2是说明一种编码技术的时序图。

图3是说明可以在一种系统中被使用的一个线性调频脉冲的曲线图。

图4是一个发射机的简化功能方框图。

图5是一个接收站的简化方框图。

图6是说明解码方案设计的操作的简化方框图。

图7是图5的接收站的信道处理器部分的简化方框图。

图8是图7的信道处理器的子信道之间的关系的时序图。

图9是在图7的信道处理器中可以使用的一种FFT(快速傅立叶变换)的输出的图象图。

图10是用于连续的线性调频脉冲的图9的FFT输出调整的图象图。

图1说明一个包含多个发射机10的系统，该发射机10是静态的或移动的，并正在与一个或多个接收机或基站12通信。该接收站12可以与一个中心站14通信。这种通信可以使用常规电话电路13。中心站14可以包含一个中心控制台16，一个存储设备18，以及用来与其他中心站14或外部系统通信的设备20。一个公共时钟信号22可以由一个对地静止的卫星系统提供给每个基站12。

在操作中，发射机10在它的发送信号的范围内可以周期性地或非周期性地发送一个信标或信号给基站12。用来发送这种信标或信号的设备将在下面说明。该接收机12可以从发射机10接收信标信号并且可能在一个到达时间与这种信号有关联。关于被接收的信号的信息和它的到达时间可以由接收站12经由常规设备与一个在各种方法中使用的中心站14通信。在一个实施例中，接收站12可以通过接收一个来自一个公共源，例如卫星系统24的一个时钟信号及时调整。

由发射机10所发送的信号可以包含一个发送该信号的特定的发射机10的标识，一个在该发射机10中发生一个或多个事件的指示，一个涉及在发射机10中的活动性或条件(例如，无限制性，温度，流率，压力读数等)的数据部分，一个在发射机10中要求应急辅助的指示，以及实际上可以用数字进行编码的任何其他条件，指示，信息，或环境。

当由发射机10所发送的信号在接收站12被接收时，关于该信号的信息和它们的到达事件可以与中心站14通信以便进一步分析。依靠被传送的信号的类型，中心站14可以将有关的信息存储在存储器18中，可以将关于该信号的信息发送到其他中心站14或其他系统(未示出)。例如，如果该信号表示在一个发射机10中发生的事件，那么关于该事件的发生(和时间)的信息可以被发送到另一个系统用于操作或控制目的。这样一个系统可以包括一个检测在发射机10中的事件信号错误地输入到建筑物和目标里面的检测器。当该输入事件被中心站4接收时，为了适当的治安响应，中心站14可以通知事件的当地治安部门和发射机10的位置。举另外一个例子，该信号能够包含来自与该发射机10的用户相连接的一个医学传感器的数据。当该信号传递到中心站14时，它能够用来确定用户的当前健康或在整个时期记录(使用存储器18)用户的身体特性。如果用户健康被确定需要帮助，那么来自接收站12的信号象下面所讨论的那样能够被分析，以便确定用户的地理区域，这样使得医务人员能够立即被派遣。最后，该信号仅仅能够识别发射机10和它的位置。例如，这样的系统能够用来监视在运输卡车的急驰中每辆卡车的位置的瞬时过程。

来自发射机10的信号可以用数据信息(表示发射机，事件，数据等)编码。一个对这种数据编码的设备可以象图2所说明的那样，在该图中线性调频脉冲信号按预定速率产生，并且第二和后续的线性调频脉冲信号(或“线性调频脉冲”)在一个从某一时间的偏移开始，预定速率应以该时间表示。如图2所示那样，第一线性调频脉冲信号可以在任意起始时间t₀开始。第二线性调频脉冲将希望在该起始时间之后的某个预定时间开始，这取决于该预定速率。为了对信息编码，在一组线性调频脉冲中的第二和随后的线性调频脉冲可以延迟可探测的数值，并且该延迟的数值可以形成一个被发送的数据的函数。例如，相对于图2，一个线性调频脉冲可以以每秒100个线性调频脉冲的速率产生。如果第二和后续的线性调频脉冲在延迟X微秒后开始，这里，X是一个在0和31之间的数字，那么每个后续的线性调频脉冲可以代表5个数字位信息(2⁵等于32)。如果五位线性调频脉冲按一组发送，那么所有从第一线性调频脉冲开始被定时的整组线性调频脉冲可以编码二十个数字位信息(4个后续的线性调频脉冲，每个能够对5位信息进行编码)。可以被编码的信息类型是广泛的，并且可以包括一个发射机的标识，一个传感器读数，一个事件标识等。

第二线性调频脉冲开始的定时等于10毫秒(第一线性调频脉冲的持续时间)加N微秒，此处，N是0和31之间的数字并代表5位被发送的数据。同样，线性调频脉冲3的开始将出现在20毫秒加M微秒处，此处M是0和31之间的数字并代表5位要发送的数据。在五个线性调频脉冲的传输完成后，此后，在任一任意时间该传输顺序可以重新开始。

参照图3，一个在这里使用的线性调频脉冲信号是一个在整个有限的时间周期内具有一个连续地变化频率的信号。一个线性调频脉冲信号可能是一个具有在整个10毫秒周期内摆动的4MHz带宽的信号。当在图3中所示的线性调频脉冲在时间轴上向上摆动而在频率轴上该线性调频脉冲可能向下摆动时，该摆动也最好是线性摆动，就是说，在时间轴上的信号频率的曲线是一条直线。一个线性摆动的使用容许该信号接收机使用一个非时变匹配滤波器将即使使用一个具有比较大的频率偏移的信号的发送信号进行解码。因此，该发射机可以使用一个比较廉价的定时源，例如一个频率稳定性差的廉价的振荡器来构成，并且该系统将令人满意地运行。

线性调频脉冲长度的精确定时，一组中的线性调频脉冲数目，在一个线性调频脉冲的开始时通过延迟被编码的位数，或在与一个特定位顺序有联系的一个线性调频脉冲开始时的延迟数值不受在该示范性的实施例中所使用的时间和数目的限制，并且可以设置为任何实用的数值，该数值取决于发送和接收装备的灵敏度和精确度。

图4示出一个发射机，它包括一个将定时信号提供给一个控制器38和一个功率控制电路40的定时器36。该控制器38也可以接收将信息提供给该控制器38的信号，这些信息例如是发射机的ID(标识)，一个来自传感器的数据读数，一个指示在发射机10的外壳上实用一个应急按钮的信号，或者一个指示出现一个事件或若干个预定的事件中的一个的信号。在定时信号和信息信号的基础上，控制器38可以启动一个线性调频脉冲发生器40以便在所希望的瞬时产生一个线性调频脉冲信号。为了提供一个被调制的信号，该线性调频脉冲信号被提供给一个调制器42的一个输入端，该调制器调制一个从具有线性调频脉冲信号的载波源44接收的载波信号。该调制信号被提供给一个功率放大器46并终究被提供给用于传播到一个接收站(未示出)的一个天线48。

在操作中，定时器36将定时信号提供给控制器38和功率控制电路40。根据发射机所使用的特定的信号发送协议产生定时信号以便在一组(或帧)线性调频脉冲信号内或在连续的线性调频脉冲信号组之间提供该定时。该定时信号还被用来激励该发射机电路的其他部分，并且当这一部分不需要时使它去激励。例如，当不出现信号传输时，经由该功率控制电路操作的定时信号致使线性调频脉冲发生器40和传输电路(调制器40，功率放大器46，载波源等)将被去激励。

继续参照图4，控制器38使用该定时信号以便通过使用与图2有关的线性调频脉冲信号位置编码的编码方案设计对希望被发送的各种信息进行编码。该信息信号从各种信号源接收，这取决于一种特定系统的专门的信息传输需要。一个标识信号(ID)可以通过开关设置，ROM编程，或通过不受从发射机撤除电源损害的提供数据的类似方法而被提供。一个应急信号可以经过发射机外壳上的应急开关或经过与该发射机有联系的键盘上的一个特定按键顺序的输入的操作由该发射机的用户启动。该传感器数据可以从任何提供要发送的数据信号的测量、报告、指示单元接收。事件信号可以是任何类型的指示包括无限制性，按键，开关，逻辑电路，键等的一个事件或一组事件通过的数据信号。来自任何源的信号可以以模拟、数据或任何其他格式由控制器38识别并(如果需要的话)通过控制器38可转换成一个数据信号。

在取决于该应用的适当的时间，控制器38导致由线性调频脉冲发生器40所生成的线性调频脉冲对要发送的数据进行编码。该数据可以象在一个周期基础上或当一个特定事件或传感器读出的出现时被发送的发射机的标识那样简单。在更复杂的系统中，要编码和发送的数据既可以包含一个标识信号又可以包含来自一个或多个传感器或事件指示器的读数。将所编码的信号以帧的形式编入一组线性调频脉冲信号中或一组以上的线性调频脉冲信号中，这可以根据要发送的信息长度的需要来实现。所生成的线性调频脉冲被用来调制一个从载波源44接收的载波信号以便提供一个调制信号，该信号通过功率放大器被放大并按照一个常规方式经由天线48被发送。

该载波信号源可以是任何一个载波信号的常规源，例如，无限制性，一个晶体振荡器，一个数字信号合成器，一个模拟谐振电路，或一个由外部源所提供的信号。该线性调频脉冲发生器40，调制器42，载波源44，以及有关的部件可以是数字设备或者模拟设备。

图5涉及接收站的一个实施例，该接收站包含一个具有四个独立的接收元件52的天线50。来自单独接收的元件52的信号被提供给若干类似的信道处理器54，该处理器调制在该元件52上接收的信号，对在该信号中所含有的信息进行解码，并且，在某些情况下，在各自的元件52确定被解码的信号的到达时间和/或到达角度。关于所接收的、被解码的信号的信息以及它们的到达时间和/或到达角度可以提供给一个数据处理器56，该处理器可以提供一个发送了一个信号的该发射机的识别指示，由该发射机发送的数据(如果有的话)以及在某些情况下，象由在元件54中信号的到达时间和/或到达角度所确定的发射机的位置。

一个在接收站接收的信号通过它可以解码的系统在图6中将概括地被说明，在图6中，一个输入线性调频脉冲60(在适当的下变频，滤波和放大之后)在接收站通过一个调制器64由一个参考线性调频脉冲信号62被调制。实际上，该参考线性调频脉冲信号62应具有与在该发射机中生成的线性调频脉冲信号类似的特性。最好是，该参考线性调频脉冲在斜率方面应与所接收的线性调频脉冲信号匹配，就是说，该信号的频率对时间的曲线应具有相同的斜率。众所周知，由另一个线性调频脉冲信号调制一个线性调频脉冲信号将生成一个连续波形信号(“CW”)，该信号具有一个是这二个线性调频脉冲信号开始的定时之间的差值的直接函数。如果输入到该调制器64的二个线性调频脉冲精确地具有相同的定时，那么来自该调制器64的输出将为零。当这二个线性调频脉冲信号之间的开始定时增加时，由该调制器生成的连续波形信号的频率将增加。

如果该线性调频脉冲相对地是直线的(如以上所确定的那样)，那么在输入线性调频脉冲和参考线性调频脉冲之间的频率偏移对该系统的特性具有比较小的影响。如果该线性调频脉冲信号相对地是直线的，那么，一个频率偏移与在输入信号和参考信号之间的时间偏移具有相同的影响。象下面所解释的那样，在来自远程发射机和接收站信号之间的时间差值通过比较在不同接收站的时间差值可以用来确定位置。由于这些计算始终与另外一个有关，因此通过不同的到达时间的处理在该系统级别中明显的时间偏移被消除。

在该接收站中，来自调制器64的CW信号可以被带通滤波以便消除或抛弃在它们的开始定时中没有充分对准的参考线性调频脉冲和输入线性调频脉冲的信号。通过该带通滤波器66的信号可以通过一个模拟/数字变换器68被数字化，然后在一个快速傅立叶变换(“FFT”)电路70中被分析。该FFT确定由它接收的信号的频率。因为该信号频率直接涉及(本地的)参考线性调频脉冲和接收线性调频脉冲之间的定时，因此，由FFT所确定的频率将直接指示参考和输入线性调频脉冲的定时之间的差值，从而既直接导致输入线性调频脉冲的到达时间又直接导致在一个输入线性调频脉冲组中第二和后续的线性调频脉冲的开始的延迟(即导致通过该线性调频脉冲的时间位置被编码的数据的解码)。在图6的电路中，通过调节参考线性调频脉冲和输入线性调频脉冲之间的时间关系，既可以获得输入线性调频脉冲的到达时间又可以获得在该信号中被编码的数据。

参照图7，该图涉及一个用来将所接收的信号进行解码并提取通过从天线元件52中的一个元件(未示出)接收一个信号在那里被编码的信息。所接收的信号可以通过低噪音被放大，并且被下变频为一个被分开和被提供给多个子信道处理器74的中频信号。在一个子信道处理器74中，该中频信号在一个调制器76中被调制后被提供给一个带通滤波器78。所滤波的信号被加到一个模拟-数字变换器80，该变换器将该信号变换为一个数字形式，然后该数字形式通过一个数字下变频器82被下变频。下变频的信号被提供给一个FFT84，其输出通过一个信号检测器86被分析。从该信号检测器86检测的信号(如果有)被提供给一个在某些情况下具有指示所检测的信号的到达时间的一个信号的数据处理器。

信道处理器54也可以经由一个GPS检测器88从一个公共源例如一个全球定位系统(“GPS”)卫星接收一个时钟信号。该时钟信号被加到一个参考线性调频脉冲发生器90，该发生器产生一个在形式上类似于由发射机(未示出)使用的、但和该发射机异步的线性调频脉冲的参考线性调频脉冲。参考线性调频脉冲被加到一个时间偏移电路92，该电路提供四个参考线性调频脉冲的复制品，每一个与其他参考信号有一个不同的延迟。该参考线性调频脉冲中的一个复制品被传送到在每个子信道处理器74中的调制器76的输入端。

在操作中，时间偏移电路可以将参考信号的各种复制品延迟，延迟量等于线性调频脉冲信号的长度1/4的增量。例如，由时间偏移电路92提供的参考线性调频脉冲的复制品被延迟线性调频脉冲长度的0，1/4倍，1/2线性调频脉冲长度的1/2以及线性调频脉冲长度的3/4。在如上所述具有一个10毫秒的线性调频脉冲长度的实例系统中，时间偏移电路92应从参考线性调频脉冲分别产生具有0秒，2.5毫秒，5.0毫秒，以及7.5毫秒的参考线性调频脉冲信号。然后将四个交互时间偏移参考信号中的一个提供给每个子信道处理器74。

一旦一个被接收的信号已被放大和下变频，所接收的信号就被分成被提供给子信道处理器74的调制器76的四个相同信号。在每个子信道处理器74中，所接收的信号被类似地处理；但是，由于在传输到子信道处理器74的参考线性调频脉冲信号中的定时不同，因此得到不同的结果。在一个副信到处理器74中，所接收的信号通过时间偏移电路92由传输到那里的参考线性调频脉冲调制。在相对于参考线性调频脉冲的一个异步定时中，在所接收的信号内应由一个线性调频脉冲信号，所接收的线性调频脉冲信号通过偏移参考信号被调制将产生一个具有直接取决于在接收的线性调频脉冲信号和偏移参考线性调频脉冲信号之间定时中的差值的频率的CW信号。CW信号通过一个被设计的带通滤波器被滤波以便通过具有在中频的一个特定带宽范围内的频率的信号。因此，带通滤波器78将从所接收的线性调频脉冲信号(如果有)中滤去在特殊时间关系内具有相对于偏移参考信号的起始定时的CW信号。如果带通滤波器78的带宽的大小估计适当，那么只有一个子信道处理器74的带通滤波器78将使一个特定的被接收的线性调频脉冲信号的CW信号通过，而在其他子信道处理器74中的其他带通滤波器78将滤去通过与所接收的线性调频脉冲信号不充分匹配的偏移参考信号对所接收的线性调频脉冲信号调制所产生的CW信号。

具有与所接收的线性调频脉冲信号的定时匹配最好的偏移参考线性调频脉冲信号的子信道处理器的分离将在图8的定时图中与图7一起进行说明。该定时图示出使用在指示一个偏移参考线性调频脉冲开始的RFF信号中的垂直线的四个偏移参考信号REF1，REF2，REF3，REF4的产生。如果被带通滤波器78通过的带宽等于线性调频脉冲长度的+/-1/8的延迟，那么具有由参考号码100指示的定时的所接收的线性调频脉冲信号(只示出二个)将是最早被各自带通滤波器通过的信号，而具有由参考号码102指示的定时的所接收的线性调频脉冲信号将是最后被带通滤波器通过的信号。应当指出，与一个被接收的线性调频脉冲信号无关，该信号将通过一个带通滤波器并被其他的带通滤波器拒绝。还应当指出，来自在任何一个子信道处理器中最早接收的线性调频脉冲的时间“C”的长度相对于在任何一个子信道处理器中的最后被接收的线性调频脉冲使该线性调频脉冲的长度匹配。象将被精通此技术的人们理解的那样，在构成具有精确而陡削边沿的带通滤波器中的实际问题将产生某些情况，在这些情况中，二个子信道处理器74的带通滤波器可以容许在接近该带宽末端出现的他们的CW信号通过；但是，当随后的信号的处理能够消除或分辨在那里所产生的信号定时中的任何模糊度时，这种实用性不会给本发明带来明显的不利影响。

在具有通过它的带通滤波器78的一个CW信号的子信道处理器74中，CW信号通过模拟-数字变换器80被变换成它的数字形式，并通过数字下变频器82被数字地变换成基带。具有涉及在偏移参考线性调频脉冲和所接收的线性调频脉冲的时间中的差值的一个频率的下变频的CW信号被提供给一个确定CW信号频率的FFT。如果FFT确定有一个CW信号出现在任何特定的线性调频脉冲周期期间，那么检测信号电路86将一个信号提供给既指示CW信号又指示在其上的频率的出现的数据处理器56(该频率可以直接涉及相对于适当的偏移参考线性调频脉冲信号的被接收的线性调频脉冲信号的定时)。

具有一个10毫秒的线性调频脉冲长度的系统，虽然没有要求，但已发现了优点，即被输入到子信道处理器74的信号的中频大约是70MHz。对于具有一个4MHz的带宽的线性调频脉冲信号在带通滤波器78中可以使用一个1MHz的带宽。

象在该示范性的系统中所使用的那样，子信道处理器74的数目不限于四个。通过在该电路的其他部分适当的调节可以使用较多或较少的子信道处理器74，例如调节对于参考线性调频脉冲通过它产生偏移的数值和相对于在本系统中使用的线性调频脉冲信号的带宽的带通滤波器78的带宽。

参照图9，FFT的操作可以容易理解。一个FFT的输出可以认为是一序列“分区”。每个分区代表一个频率范围，并且同时所有分区代表FFT的带宽。FFT将一个表示包含在加到FFT的信号中的频率的相对振幅的记数(由I²*Q²中推出)存放在每个分区中。由于信号可以提供多个频率，因此一个以上的FFT的分区可以提供有效的记数，每个有效的记数代表这样的事实，即输入信号具有涉及专用分区的频率成分。在本发明的一个系统的实施例中，在一个具有一个可接收的CW信号的子信道处理器中的FFT的输出分区可以具有象图9所说明的记数。应当指出，大多数分区具有说明宽带噪音存在的某些记数存在。一个或邻近的分区明显地具有明显地高于噪音分区的记数，该记数指示一个具有与该分区有联系的频率的CW信号的存在。

在本发明的示范性实施例中，只有具有小于1MHz带宽的CW信号将通过带通滤波器。因此，FFT的带宽不必大于1MHz。如果FFT具有10000个分区，那么每个分区具有一个100Hz(即1000000/10000)相关的频率宽度。因为在该示范性系统中每个子信道处理器要处理2.5毫秒时间(一个10毫秒线性调频脉冲的长度被分成四个子信道)，因此当所接收的信号的到达时间被用来计算该信号的一个发射机的位置时，每个FFT的分区表示在参考线性调频脉冲和对该系统产生大约250英尺范围分辨率的所接收的线性调频脉冲信号之间的250毫微秒的时间偏移。

该系统在一个2.5毫秒周期(由一个子信道处理器提供的时间周期))内作为识别单个被接收的线性调频脉冲信号而被说明。该信号检测电路在FFT的输出范围内可以不选择恰好是最强的信号，而是所有具有超过所希望的数值或规范的记数的信号。通过使用这一信号选择电路，本发明能够精确地检测和解码来自多个异步发射机的信号，所有该发射机以这样的方式开始他们的传输，在该方式中，该信号在接收站在彼此2.5毫秒范围内到达。

同样，为便于解释该子信道处理器逻辑，一个优先实施例的上述说明已说明了四个并行子信道处理器；但是，如果提供足够速度的部件和附加存储器，那么有些设备就能被不同的子处理器共享。例如，在本发明的一个特定实施例中，单个FFT可以被使用并在子信道处理器之间转换。

信号检测电路86在每个线性调频脉冲周期只一次检测和识别一个或多个被接收的线性调频脉冲信号，并且随着它的或它们的到达时间将这一信息传到数据处理器56。该数据处理器56在多个线性调频脉冲周期内存储和处理线性调频脉冲数据，周期数取决于被执行的系统的协议和成帧。例如，在这里所说明的示范性的系统中，数据处理器56处理最后五个线性调频脉冲(即一帧的线性调频脉冲组)。如图10所说明的那样，数据处理器56通过比较用于每个子信道处理器的最后五个(在该示范性系统中)线性调频脉冲的结果对该线性调频脉冲信号进行解码。通过将来自一个子信道的输出横向并向下滑动128个分区“窗口”，数据处理器56将检测一帧线性调频脉冲(来自相同的发射机)的存在。该窗口宽度可以由该发射机所使用的编码方案设计确定，而时间用FFT的每个分区表示。例如，在该示范性系统中，该编码通过将第二个开始(时间)从第一个线性调频脉冲的周期经由第五个线性调频脉冲延迟到32微秒来完成。在其中每个分区表示250毫微秒时间的示范性的FFT中，一次32微秒的延迟等于128个分区(每个32微秒/250毫微秒分区=128个分区)。如果数据处理器54在该窗口检测到五个“命中”信号，那么一帧数据就已被检测。线性调频脉冲帧的到达时间可以从五个线性调频脉冲顺序中的线性调频脉冲1的到达时间中减去。在线性调频脉冲1和2之间的分区数之差值(除以4，仅当每第四个分区被用于该示范性系统中的数据时)提供表示五位的二进制编码的十进制数(在0和31之间)。类似地，在线性调频脉冲1和线性调频脉冲3，4以及5的分区之间的差值提供附加的十五位数据。

通过检验来自子信道处理器74中所有FFT的输出，数据处理器56能够组合在它的接收范围内由多个发射机异步发送的所有的帧数据(和到达时间)。此后，通过使用常规数据解码技术，该数据处理器56可以通过将信息延迟到其他系统来响应象适合于特定应用的数据，结果生成将要发送到其他系统的信息，并且，通常采取适合于该数据/信息的动作。

在一个实施例中，数据处理器可以接收来自多信道(在该示范性系统中是四个)的信号数据，每个信道与单独的一个天线元件有联系。在正常情况下，尽管在不同的时间和以不同的到达角度，但到达天线的信号可以在每个元件中被接收。在对数据解码中，数据处理器56通过相干地将其加在一起，通过表决四个信道的结果，或通过任何常规结果累加方案设计，可以结合来自四个信道的结果。如果相干总计被使用，那么起源于噪音的虚假子信道结果将全部是非相干，并且将被丢失。

多信道的使用还能够使数据处理器56按一种常规方式计算在多元件中被检测的信号的到达角。

在本发明的一种状况中，来自多接收站的信号数据，数据到达时间和数据到达角度可以被结合以便对发送所接收的信号的发射机进行识别和大地定位。众所周知，在三个不同接收站中的相同信号到达的时间差值可以用来对该信号的发射机进行大地定位。类似地，在二个不同接收站中的相同信号的到达角度可以用来对该信号的发射机进行大地定位。到达时间差值或到达角度中的任何一个或二个，或者二种技术的结合可以用来对一个专用的发射机进行大地定位。

一种使用三个接收站，每个接收站只有一个信道的系统可以用来接收数据信息，并根据在三个接收站中的信号的到达时间差值对这些信息的发射机进行大地定位。在这种系统中，将不要求计算该信号的到达角度。类似地，本发明可以用来传送数据(或事件)而在补救每个站省去多重天线元件的情况下不对发射机进行大地定位。

还有另外的波形可以用来发送数据信号并在接收站被匹配。例如，该发射机可以使用一种如上所述的脉冲定位编码技术对将要发送的标识和/或数据进行编码，然后使用一种常规的直接序列扩谱技术(例如一种PN调制技术)能够对该数据信号进行调制。在接收时，该数据信号可以首先使用一个常规的相关器解码器后接一个对脉冲定位信息解码的数据解调器进行解码。类似地，如上所述参照图2-4，数据信号可以产生和发送，并且，接收站可以使用一个线性调频脉冲信号相关器以便确定一个有效数据信号的存在和到达时间。在这样的相关器中，输入信号相对于一个参考线性调频脉冲信号(来自早已公开的非时变匹配滤波器的另一种形式)可以被相关。在这样的系统中，当来自相关器的匹配过程的输出被对准时，可以获得一个指示至少一个已被发送的信号的存在的脉冲。

这种应用包括：一个急驰管理系统，在该系统中，车辆装有发射机(或“标记)，它们周期性地发射一个识别信号以便使中心控制系统能够监视急驰的位置，从而确保适当的覆盖范围(例如出租汽车或警察巡逻车的覆盖范围)，辅助有效的调度，或禁止使用未授权旅行的车辆；一种用于假释者的个人定位系统，在该系统中，在假释者的身上带有标记以便确保它保持在指定的位置；推测车辆的秘密跟踪，该车辆使用附在其上的隐藏的标记。

本发明还提供一种在一个比较廉价的系统中用于传递数据和用于对多目标进行大地定位的系统。本发明的发射机彼此之间不同步，与接收机不同步，或者与任何其他的基础结构不同步。此外，为了在可能明显地减少灾难性信号的情况下发射机不需要具有几乎同时接收信号(例如象在轮询系统中那样)的能力。

在一种用于对多个远程发射机定位的系统和方法中，比较廉价的发射机可以同时向一个或多个接收站发送识别信号，该接收站检测来自某些远程发射机的信号，以便确定信号的到达时间并对包含在该信号中的信息(如果有的话)进行解码，所有这些信号在接收站和发射机之间或在发射机之间都不同步，并且全都没有用于轮询各种远程发射机的中心系统。该系统能结合从二个或二个以上接收站接收的信号信息。

Claims (8)

1．一种用于确定包含多个接收机的一个发射机定位的定位系统，每个所述接收机包含用于接收一个在其上被调制的数字数据的辐射信号的设备；一个用于将所述被接收的辐射信号下变频为一个低频信号的下变频器；一个线性调频脉冲信号发生器；一个使用一个从所述线性调频脉冲信号发生器接收的线性调频脉冲信号周期性地解调所述较低频率以便产生一个具有涉及线性调频脉冲信号开始和数字数据开始之间的时间关系的频率的波形信号的解调器；一个用于对所述波形信号滤波以便滤去在预定的频率范围之外的波形信号的滤波器；一个确定被滤波的波形信号的频率的频率检测器；一个用于根据连续地被解调、滤波的波形信号的时间关系对在被滤波的波形信号内的数字数据进行解码的检测器；用于确定在所述多个接收机中的每一个接收的一个公共的所述连续被解调、滤波的波形信号的到达时间的控制设备；用于通过比较在所述多个接收机中的到达时间确定所述发射机的位置的设备。

2．根据权利要求1的一个系统，其中，发射机是一个包含用于接收所发送的信号的多个设备的移动发射机，所述发射信号具有一个在那里间歇地被调制的数据信号，每个所述接收设备在空间上不同于每个其他所述接收设备，每个所述接收设备包含多个子信道处理器，每个处理器包含一个混频器，它用于将所接收的信号与一个周期性地产生的线性调频脉冲信号进行混频以便产生一个IF信号，该信号具有一个涉及在周期性地产生的线性调频脉冲信号和在所接收的信号内被调制的数据信号之间及时协调的频率；一个用于滤去不在预定带宽范围内的IF信号以便提供一个被滤波的IF信号的滤波器；一个用于变换来自模拟-数字形式的被滤波的IF信号的数字-模拟变换器；一个将数字滤波的IF信号下变频为一个基带信号的数字下变频器；以及一个快速傅立叶变换(“FFT”)处理器用来识别在基带信号范围内的频率成分；一个用来周期性地产生线性调频脉冲信号的线性调频脉冲信号发生器；一个用于将所述所产生的线性调频脉冲信号按一种定时顺序加到在所述子信道处理器内的所述混频器中的线性调频脉冲信号定时控制电路；一个通过测量在所接收的信号范围内的被调制的数据之间的时间关系对在所接收的信号内的数字数据进行解码的数据解调器；用来保持被调制的数据的到达时间的到达时间检测器；以及使用在多个接收设备中被调制的数据的到达时间以便确定涉及接收设备位置的发射机位置的位置确定设备。

3．根据权利要求2中所述的一个系统，其中，所述FFT处理器设计了多个频率分区，每个分区与在通过所述滤波器的信号带宽范围内具有一个不同频率的信号有联系。

4．在权利要求3中所述的一个系统，其中，如果在一个从保持第一个被解码的数字数据的分区起的频率分区的预定频率偏移范围内出现连续的被解码的数字数据，那么在该频率分区中就会提供有效的数字数据。

5．根据在权利要求2-4的任何一项所述的一个系统，其中，多个数字位信息在在每个被调制的信号范围内被编码。

6．根据权利要求3-5的任何一项所述的一个系统，其中，所述FFT产生10000个频率分区，并且其中有效数据出现在连续线性调频脉冲信号的一个128个频率分区的窗口内。

7．根据权利要求2-6的任何一项所述的一个系统，其中，所述基带信号的频率与在周期的线性调频脉冲信号和间歇地被调制的数据信号之间的时间关系有关。

8．根据权利要求2-7的任何一项所述的一个系统，其中，五个连续线性调频脉冲形成一个数据帧，每帧具有一个基本线性调频脉冲和四个连续线性调频脉冲，在基本线性调频脉冲和每个连续线性调频脉冲的开始之间的定时指示由所述帧表示的数字数据。

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