DE69718989T2

DE69718989T2 - Verfahren und System zur Datenreduktion von Radarsignalankunftszeiten

Info

Publication number: DE69718989T2
Application number: DE69718989T
Authority: DE
Inventors: Sten Ahlbom; Bengt Andersson
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1996-11-15
Filing date: 1997-11-13
Publication date: 2003-12-24
Anticipated expiration: 2017-11-14
Also published as: SE9604233L; SE9604233D0; SE507796C2; US5990833A; EP0843179B1; EP0843179A1; DE69718989D1

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren für die passive Bestimmung der Peilung detektierbarer Objekte und ebenso die Bestimmung der Position derselben durch die Überwachung eines großen geographischen Gebiets unter Verwendung einer Zahl von Teileinheiten.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Über einen großen geographischen Bereich hinweg - einen Grenzbereich, eine Provinz, Küstenlinie, Hauptstraßennetz, städtischer Bereich, Flughafen, usw. - gibt es oft eine ausgeformt zum Be- und Überwachen, um die Fähigkeit zu haben, die Position von Objekten zu bestimmen, die unter Verwendung physikalischer Messverfahren observiert werden können. Die Objekte können beispielsweise Fahrzeuge, Boote, Flugzeuge oder Helikopter sein, und sie können beispielsweise mit Hilfe der elektromagnetischen Signale detektiert werden, die diese Objekte generieren/übertragen. Flugzeuge, Helikopter und Boote nützen üblicher Weise irgendeine Form von Radar zum Unterstützen der Navigation. Ein Radar überträgt elektromagnetische Signale in dem Hochfrequenzbereich. Ein Entwurf eines Radars variiert beispielsweise in Abhängigkeit von dem Anwendungsgebiet, von dem Radartyp, von dem verwendeten Frequenzbereich und davon, ob er luft-, oder land- oder see-basiert ist.
Für die Fähigkeit zum Bestimmen der Position der elektromagnetisch übertragenen Objekte, wie elektromagnetische Abstrahler oder Sender in dem Hochfrequenzbereich, durch Kreuzpeilung, muss die Peilung des Objekts zunächst anhand zweier unterschiedlicher Stellen berechnet werden. Die Berechnung der Peilung der elektromagnetischen Sender lässt sich auf viele unterschiedliche Weisen ausführen, von denen Interferometer, "Abtastzeit der Ankunftszeit", die die Zeit des Abtastens in Teileinheiten messen, und Verfahren der "Differentialankunftszeit" (DTOA, Engl.: Differential Time of Arrival) lediglich einige Beispiele aus vielen darstellen.
Für ein Berechnen von Peilungen durch das Interferometerverfahren sollen zwei Empfängerantennen in einer Teileinheit platziert sein, mit einer Distanz zueinander, die gleich einer oder mehrerer Wellenlängen einer Ziel- bzw. Targetsender Trägerwellenfrequenz ist. Unter Verwendung zweier präziser elektrisch abgestimmter Empfänger, einen für jede Antenne, erfolgt ein Vergleich der Differenz der Phase der empfangenen Trägerwellenfrequenz zwischen den zwei Empfängern in einer Bewertungseinheit. Die Teileinheit sollte elektrisch symmetrisch, ausgehend von der Bewertungseinheit zu beiden Empfangsantennen sein.
Die Phasendifferenz bei einer bestimmten Frequenz ist ein Maß der Zeitdifferenz für den Empfang durch die jeweiligen Empfängerantennen, die sich für das interessierende Signal aufgrund der Pfaddifferenz der Ausbreitung von dem Sender zu den jeweiligen Empfangsantennen bei voller Symmetrie ergeben hat. Eine Nullphasendifferenz entspricht gleichen Ausbreitungspfaden, was bedeutet, dass der Sender auf der rechtwinkligen, ausgehend von dem Mittelpunkt der Linie zwischen den Antennen, angeordnet ist (die Basislinie für die Peilmessung). Die Frequenz der Trägerwelle besteht hier aus der relativen Zeitdifferenz für die zwei Empfänger der Teileinheit. Anhand der Differenz in der Pfadausbreitung lässt sich die Peilung des Senders relativ zu der Richtung der Basis berechnen, mit einer möglichen Mehrdeutigkeit, wenn die Phasendifferenz 180º übersteigt.
Die gemessene Peilung für ein interessierendes Signal wird zusammen mit einer Zeitspezifikation für die Messung aufgezeichnet. Die Zeitspezifikation sollte ausreichend für eine entsprechende Messung sein, die bei einer anderen Teileinheit ausgeführt wird, mit einer geeigneten Distanz von der ersten Teileinheit, um die Fähigkeit mit vernünftiger Gewissheit zu haben, Bezug auf denselben Sender zu nehmen, der in zumindest näherungsweise demselben Ort angeordnet ist. Unter Verwendung der Berichte von einer Zahl von Teileinheiten zu einer Zentraleinheit kann eine Bewertungseinheit in der Zentraleinheit die Position des Senders berechnen. Die Bewertungseinheit nützt Peilungen, die von zumindest zwei Teileinheiten berichtet werden, angeordnet mit einer geeigneten Distanz, wobei diese zu Zeitpunkten aufgezeichnet werden, die so nahe beieinander liegen, dass die als bezugnehmend auf ein und denselben Abtastvorgang angesehen werden können. Die Länge und die geographische Richtung der größeren Messbasis (der Messbasis für die Kreuzpeilung) insbesondere zwischen relevanten Teileinheiten muss auch bekannt sein.
Das Interferometerverfahren kann zu einem hohen Umfang an Genauigkeit bei Peilungen führen, jedoch ist es relativ teuer und schwierig zu kalibrieren, da eine große Zahl von gut phasenkalibrierten Empfangskanälen erforderlich ist. Die Mehrdeutigkeit für den Fall, dass die Phasendifferenz 180º übersteigt, muss zufriedenstellend überwunden werden, damit das Verfahren die Fähigkeit hat, zuverlässige Peilungen abzugeben. Die Empfindlichkeit ist relativ gering, da ein großes Signal/Rauschverhältnis erforderlich ist, um die Fähigkeit zu haben, die Phasendifferenz mit einem ausreichend hohen Umfang an Genauigkeit zu messen. Weiterhin ist die Datenverbindung zwischen Teileinheiten und dem Informationszentrum kompliziert und teuer, da die Datenrate ausreichend schnell sein muss, um die Fähigkeit zu haben, Peilungsdaten und Zeiten der Peilungsdaten mit ausreichend hoher Genauigkeit zu übertragen.
Das Verfahren, das als DTOA bezeichnet wird, ist prinzipiell ähnlich zu dem oben beschriebenen Interferometerverfahren; die Peilung des Senders lässt sich unter Verwendung gemessener Ausbreitungszeit-Differenzen zu den zwei Empfängerantennen anhand von Signalen von demselben Sender bestimmen. Anstelle der Messung der Phasendifferenz wird in diesem Fall die Differenz der Ankunftszeit (TOA, Engl.: time of arrival) für beide Empfänger beispielsweise für ein und denselben Puls gemessen.
Auch hier ist ein symmetrischer Aufbau erforderlich, und demnach sollte jede Differenz der Ausbreitungszeiten in den Verbindungen in derselben Weise kompensiert sein, so dass die gemessene Zeitdifferenz Null zwischen dem Empfangspuls in beiden Empfängerantennen vorliegt, und der Sender sitzt tatsächlich auf der Rechtwinkligen durch den Mittelpunkt der Basislinie. Verfahren zum Kompensieren der Ausbreitungszeit sollten die Anforderungen für die Genauigkeit unter Variieren externen Bedingungen erfüllen, beispielsweise unterschiedlichen Umfeldtemperaturen. Die Peilmessungen von einer Zahl von Teileinheiten werden andernfalls in derselben Weise wie in dem Interferometerverfahren in der Position des Senders verwendet.
Es ist in diesem Fall eine genaue Zeitmessung und Zeitsynchronisierung zwischen Teileinheiten erforderlich. Auch sind hier üblicherweise komplizierte Datenverbindungen und komplizierte Teileinheiten erforderlich.
Wie erwähnt, ist "Abtastzeit der Ankunft" ein drittes Verfahren zum Berechnen von Peilungen. Das Verfahren basiert auf der Messung der Zeit der Abtastung einer Radarabtastung mit fester Drehgeschwindigkeit bei unterschiedlichen Teileinheiten, angeordnet mit relativ großen Distanzen zueinander. Ein großer Nachteil von Abtastzeit ist, dass das Verfahren einen relativ schmalen Bereich der Anwendung aufweist.
Ein zusätzliches Problem mit diesen oben erwähnten Verfahren ist die Korrelierung der Zeitmessvorgänge zwischen unterschiedlichen Teileinheiten und zwischen Teileinheiten in Paaren von Teileinheiten für denselben Sender. Die Korrelation von Peilungen für denselben Sender zwischen unterschiedlichen Teileinheiten und zwischen unterschiedlichen Paaren der Teileinheiten ist ebenso ein Problem. Die Sender müssen in derselben Weise so klassifiziert werden, dass die Zeitpunkten und Peilungen mit dem richtigen Sender in Verbindung gebracht werden können.
Das amerikanische Patent US 5,285,209 "Ankunftswinkelmessung über Spektralschätzungs-Schätzradar-Ankunftszeit- Periodizitäten" beschreibt, wie sich eine (Diskrete Fourier Transformation, DFT) auf eine. Serie von TOA Daten anwenden lässt, um "Pulswiederholungsfrequenzen" (PRF) für einen Pulszug oder mehrere überlagerte Pulszüge zu berechnen. Das US-Patent US 5,396,250 beschreibt im Detail, wie die Fourier Transformation zum Bestimmen der Eigenschaften der Pulszüge mit fester oder variierender PRF verwendet wird. Das Verfahren in Übereinstimmung mit US 5,285,209 wird zum Bestimmen der Zeitdifferenz für den Empfang eines Pulszugs zwischen zwei Empfängen verwendet. Die Empfänger arbeiten mit einem gemeinsamen Referenztakt. Die Peilung eines Senders von dem Pulszug lässt sich anhand der Differenz der Zeit/Phase berechnen. Das amerikanische Patent US 5,477,227 "Fortgeschrittene Parametercodierung mit Umfeldfilterfähigkeit" beschreibt unterschiedliche Verfahren zum Reduzieren der Zahl der Bits in Pulsbeschreiberworten für Identifizierzwecke.
Keines dieser Patente handhabt Probleme im Hinblick auf die Übertragung von Daten zwischen den Teileinheiten und einer Zentraleinheit, Probleme im Hinblick auf die Zeitsynchronisierung individueller Empfänger mit der Anwendung einer großen Messbasis oder Probleme im Hinblick auf dahingehend, wie ein System für das Bestimmen der Position entworfen sein sollte. Zusätzlich kann die Anwendung von berechnungsintensiven Verfahren wie der Fourier- Transformation in Teileinheiten als ein Nachteil angesehen werden, da dies unvermeidlich dazu führt, dass diese Einheiten kompliziert und teuer sind, da die Fourier- Transformation einen großen Umfang an Resourcen erfordert, als Ergebnis davon, dass sie berechnungsintensiv ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ein technisches Problem der Erfindung besteht demnach in der Spezifikation eines Systems, das es auf einfache Weise ermöglicht, die Position detektierbarer Objekte/Phänomene wie elektromagnetischer Sender/Emitter in einem großen geographischen Gebiet zu überwachen und zu bestimmen.
Ein weiteres technisches Problem der Erfindung besteht in der Erzeugung eines Systems, mittels dem es möglich ist, mit geringen Kosten eine zufriedenstellende Genauigkeit bei der Bestimmung der Position detektierbarer Objekte/Phänomene zu erzielen, beispielsweise von elektromagnetischen Sendern/Emittern, in einem großen geographischen Gebiet.
Ein zusätzliches anderes technisches Problem der Erfindung besteht in der Spezifikation eines Systems und einer Prozedur/eines Verfahrens für die Datenreduktion detektierter Zeit und der Ankunft von beispielsweise Pulszügen von elektromagnetischen Sendern, zum Erzielender Fähigkeit, eine Datenverbindung zu einem Informationszentrum mit niedriger Übertragungsrate zu verwenden.
Die spezifizierten technischen Probleme werden erzielt mittels einem System in Übereinstimmung mit der Erfindung zum Bestimmen der Position detektierbarer Objekte/Phänomene, beispielsweise Objekte/Phänomene, die elektromagnetische Signale als Beispiel in dem Hochfrequenzbereich emittieren. Das System enthält zumindest ein Informationszentrum mit zugewiesenen Zellen, die sich in eine oder mehrere Gruppen unterteilen lassen. Das System enthält auch zugewiesene Mittel der Kommunikation mit einer eingeschränkten Übertragungsrate zwischen den Zellen und dem Informationszentrum. Jede Zelle enthält zumindest einen Sensor zum Erzielen der Fähigkeit, mit physikalischen Messverfahren die elektromagnetischen Signale zu detektieren, beispielsweise in dem Hochfrequenzbereich, die die Objekte übertragen/generieren. Voraneilende Flanken der Pulse der elektromagnetischen Signale werden detektiert und zeitmarkiert, und hiernach werden sie in Übereinstimmung mit geeigneten Kriterien sortiert, abhängig von dem Typ des Signals. Ein Beispiel eines geeigneten Kriteriums für das Sortieren könnte PRE (Pulswiederholintervall - Engl.: Pulse Repetition Interval - das gleich ist zu 1/PRF, Pulswiederholfrequenz) sein. Eine Ankunftszeit für den ersten Puls in einem Pulszug wird berechnet und datenreduziert. Die Datenreduktion erfolgt durch Modulo-Berechnung zu einem Wert, der als Maximum die Ausbreitungszeit-Differenz für Pulse zwischen zwei Zellen ein einem Paar von Sensoren/Zellen ist. Es erfolgt das Korrelieren von Peilungen, die von zumindest zwei Paaren der Sensoren/Zellen berechnet sind, in dem Informationszentrum, das hiernach die Position des Objekt/Phänomens berechnet, dass elektromagnetische Signale in beispielsweise dem Hochfrequenzbereich überträgt. Mit dieser Vorgehensweise kann das System existierende Infrastruktur in dem Land verwenden, beispielsweise ein nationales Telefonnetz und ebenso Mobiltelefonnetz und deren Basisstationen, und zwar für Datenverbindungen zwischen Zellen und dem Informationszentrum.
Die spezifizierten technischen Probleme werden auch mittels einem System in Übereinstimmung mit der Erfindung erzielt, zum Bestimmen der Position der Radarsender. Das System enthält zumindest Informationszentren in Zuordnung zu Zellen, und eine Vorrichtung der Kommunikation zwischen dem Informationszentrum und den Zellen mit eingeschränkter Übertragungsrate unter Verwendung existierender Infrastruktur in dem Land, beispielsweise einem nationalen Telefonnetz und ebenso einem mobilen Telefonnetz und dessen Basisstationen. Jede Zelle enthält zumindest einen Sensor, um die Fähigkeit zu haben, Radarsignale zu detektieren. Voraneilende Flanke der Pulse in den Radarsignalen werden detektiert und zeitmarkiert, und hiernach werden sie in Übereinstimmung mit PRI (Pulswiederholintervall) sortiert. Eine Ankunftszeit für den ersten Puls in einen Pulszug wird berechnet und Daten reduziert. Die Datenreduktion erfolgt durch Modulo- Berechnung, bis die berechnete Ankunftszeit einen Zeitwert hat, der maximal der Ausbreitungszeitdifferenz für Pulse zwischen zwei Zellen/Sensoren in einem Paar von Zellen/Sensoren entspricht, die zum Berechnung von Peilungen verwendet werden. Die anhand zumindest von zwei Paaren von Zellen/Sensoren berechneten Peilungen werden in dem Informationszentrum korreliert, das hiernach die Position des Radarsenders berechnet.
Die spezifizierten technischen Probleme werden ebenso mittels einer Prozedur/einem Verfahren und einem System für eine Datenreduktion der Ankunftszeiten beispielsweise von Pulszügen in Radarsignalen, detektiert durch eine Zelle, erzielt. Nach der Detektion werden die Ankunftszeiten für voraneilende Flanken der Pulse aufeinanderfolgender Puls in dem Pulszug relativ zu einem Start eines Zeitfensters gemessen. Zeitfenster werden verwendet, um die Fähigkeit zu haben, spezifische Referenzpunkte vorzugeben (den Start der Zeitfenster (, von denen ausgehend zahlreiche Messwerte angegeben werden können). Die Zeitfenster können nummeriert oder in einer anderen Weise markiert sein. Die Zeitfenster müssen nicht angrenzend zueinander sein, sondern sie können freistehend vorliegen und mit Zeitintervallen generiert werden, die an die Berechnungskapazität der Zellen angepasst sind. Möglicherweise wird ein anfangs sortierender Puls anhand der Frequenz und Amplitude ausgeführt, zum Vereinfachen einer nachfolgenden Senderkorrelation. Hiernach werden die Pulse in unterschiedlichen Gruppen in Übereinstimmung mit einer Anfangs-Näherungsmessung des Pulswiederholintervalls (PRI) sortiert. Die sortierten Pulse werden für eine genaue Berechnung von PRI verwendet. Das Zeitintervall für jeden Puls relativ zu dem Start eines Fensters wird sukzessive reduziert, durch das genau berechnete PRI, bis alle Ankunftszeiten für alle Pulse pro Gruppe einen Wert zwischen Null und PRI haben. Eine Mittlung dieser Zeitpunkte gibt eine gute Schätzung der Ankunftszeitposition für den ersten Puls des Pulszugs nach dem Start des Fensters. Die Schätzzeit der Ankunftsposition wird dann sukzessive durch einen Reduzierwert reduziert, bis die reduzierte Zeit der Ankunftsposition einen Wert annimmt, der weniger als der Reduzierwert ist. Der Reduzierwert übersteigt die Ausbreitungszeit zwischen zwei Zellen in einem Paar von Zellen, die zusammen für die Peilmessung verwendet werden. Die reduzierte Zeit der Ankunftsposition wird hiernach abhängig von der Anwendung entweder zu einer anderen Zelle in einem Paar von Zellen oder zu einem Informationszentrum gesendet, zum Bestimmen der Peilung des Radarsensors in einer Relation zu dem Paar der Zellen.
Die spezifizierten technischen Probleme werden auch mittels einer Prozedur für die Datenreduktion der Ankunftszeiten von Signalen erzielt, die durch Zellen detektiert werden. Die Signale können beispielsweise Radarsignale sein. Zumindest ein Zeitfenster mit einer endlichen Zeiterstreckung wird generiert. Eine Ankunftszeit für ein in dem Zeitfenster detektiertes Signal wird relativ zu dem Start des Zeitfensters berechnet. Hiernach wird die berechnete Ankunftszeit sukzessive um einen Reduzierwert solange reduziert, bis die berechnete Zeit der Ankunft zwischen 0 und dem Reduzierwert annimmt und eine datenreduzierte Ankunftszeit bildet. Der Reduzierwert ist bevorzugt größer als die maximale Zeit der Ankunftsdifferenz, die zwischen Zeiten der Ankunft von zwei Zellen von einem Signal auftreten können, das durch die zwei Zellen dann empfangen wird, wenn sie zu einem Paar von Zellen gehören, und kleiner als die Zeiterstreckung eines Zeitfensters. Die Identitätsmarkierung des Zeitfensters lässt sich vorzugsweise bei der Generierung des Zeitfensters ausführen. Die Identitätsmarkierung erfolgt in Folge, dass sich Zeitfenster, die in unterschiedlichen Zellen generiert werden, miteinander so zuordnen lassen, dass sich Ankunftszeiten, datenreduzierte Zeiten der Ankunft, von unterschiedlichen Zellen, korrelieren lassen. Die datenreduzierte Ankunftszeit von einer Zelle in einem Paar von Zellen lässt sich zusammen mit einer datenreduzierten Ankunftszeit von der anderen Zelle in dem Paar von Zellen verwenden, um eine Peilung zu dem Ort zu berechnen, von dem das Signal ausgeht oder wo es generiert wird. Um die 1 Fähigkeit zu haben, die datenreduzierten Ankunftszeiten von zwei Zellen in einem Paar von Zellen zum Berechnung einer Peilung zu verwenden, müssen die datenreduzierten Ankunftszeiten datenreduzierte Ankunftszeiten für dasselbe Signal sein. Um zu gewährleisten, dass die Ankunftszeiten von demselben Signal sind, lassen sich die Zeitfenster synchronisieren, beispielsweise unter Verwendung der Identitätsmarkierung. Eine Charakterisierung lässt sich bevorzugt auch bei den empfangenen Signalen ausführen. Die Charakterisierung kann beispielsweise die Frequenz des Signals, dessen Amplitude, Codierung oder andere Eigenschaften hiervon sein, die das Signal aufweist. Die Charakterisierung des Signals kann zusammen mit der datenreduzierten Ankunftszeit des Signals gespeichert/zugeordnet werden, und - sofern erforderlich - ebenso der Identitätsmarkierung des Zeitfensters, so dass sich die unterschiedlichen datenreduzierten Ankunftszeiten für unterschiedliche Zellen vergleichen lassen und - sofern erforderlich - zu demselben Signal/derselben Signalquelle zurückverfolgen lassen. Die Datenreduktion ermöglicht eine hohe Messgenauigkeit trotz einer geringen Informationsübertragungsgeschwindigkeit.
Diese Erfindung ist charakterisiert durch die Positionsbestimmung elektromagnetischer Sender in dem Hochfrequenzbereich wie Radarsender, die mit einer billigen, wirksamen und zuverlässiger Vorgehensweise mit ausreichender Genauigkeit ausgeführt werden. Dies wird in Übereinstimmung mit der Erfindung mit einer Zahl von relativ einfachen Zellen erzielt, die in einem Bereich angeordnet sind, wo die Datenverbindung mit einem Informationszentrum ausgeführt wird, nach einer ausgeklügelten Datenreduktion unter Verwendung der Infrastruktur für die Kommunikation, die bereits in einer Gesellschaft besteht. Die Datenreduktion ermöglicht eine geringe Informationsübertragungsgeschwindigkeit, die beispielsweise zu großen Vorteilen im Zusammenhang mit der Empfindlichkeit gegenüber einer Interferenz führt. Ein System mit hoher Informationsübertragungsgeschwindigkeit ist empfindlicher gegenüber einer Interferenz, im Vergleich zu einem System mit einer geringen Übertragungsgeschwindigkeit.
Die oben dargelegten technischen Probleme werden mittels dem Verfahren und dem System erzielt, das in den Ansprüchen 1 und 8 definiert ist.

BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Nachfolgend wird die Erfindung im größeren Detail für den Zweck der Erläuterung beschrieben, und in keiner Weise für den Zweck einer Einschränkung, unter Bezug auf die beiliegende Zeichnung; es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild der Konstruktion des Systems zum Bestimmen der Position in Übereinstimmung mit der Erfindung;
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform in der Zelle in Übereinstimmung mit der Erfindung;
Fig. 3 wie ein Informationszentrum die Position eines Senders bestimmt;
Fig. 4 wie ein Informationszentrum oder möglicher Weise ein Paar von Zellen die Peilung eines Senders bestimmt;
Fig. 5 eine Ausführungsform einer Zelle in Übereinstimmung mit der Erfindung zur Bestimmung von Peilungen;
Fig. 6 eine bevorzugte Ausführungsform eines Paars von Zellen in Übereinstimmung mit der Erfindung zum Bestimmen von Peilungen;
Fig. 7 ein Flussdiagramm zum Bestimmen der Ankunftszeit in einer Zelle in Übereinstimmung mit der Erfindung; und
Fig. 8 Zeitfenster in Übereinstimmung mit der Erfindung.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSORMEN

Zum Klarstellen des Systems in Übereinstimmung mit dieser Erfindung werden einige Beispiele ihrer Anwendung nachfolgend unter Bezug auf die Fig. 1 bis 7 beschrieben.
Die Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Systems zum Bestimmen der Position in Übereinstimmung mit dieser Erfindung. Das System enthält eine Zentraleinheit 110, und das Informationszentrum, und eine große Zahl von Teileinheiten, Zellen 130-139. Das Informationszentrum hat eine Datenverbindung zu den Zellen 130-139. Die Zellen 130- 139 sind in dem geographischen Gebiet angeordnet oder installiert, das zu bewachen und/oder zu überwachen ist. Zellen, die mit einem Informationszentrum verbunden sind und die irgendeine spezielle Charakteristik aufweisen, sind beispielsweise in einem definierten Gebiet angeordnet oder sie haben einen bestimmten Entwurf, und sie lassen sich in Übereinstimmung mit einem, beiden oder anderen Kriterien gruppieren. Dies ist so, damit neben anderen Dingen Befehle einfach an eine Zähl von Zellen gleichzeitig abgegeben werden können, was bei dem Transfer zwischen Daten zwischen dem Informationszentrum und von einer Zelle/von Zellen Zeit spart. Die Anordnung von Zellen in Gruppen führt auch zu einem einfach verständliche System.
Das Informationszentrum enthält einen Datenprozessor 112, der ein PC oder irgendein anderer Computer mit einem Programmspeicher und einem Datenspeicher sein kann. Der Computer 112 enthält auch eine Eingabe- und Ausgabevorrichtung, die beispielsweise aus einer Tastatur und einem Monitor bestehen kann. Das Informationszentrum ist auch für eine externe Verbindungskommunikation 120 vorbereitet. Die Verbindung/Kommunikation 120 kann entweder drahtlos über eine Antenne 122 oder über ein Kabel 124 erfolgen, und sie kann von einem Typ für eine Einweg- oder einem Typ für eine Zweiweg-Kommunikation sein. Ist die Kommunikation in den Zellen drahtlos, so kann dies über ein Funknetz erfolgen, beispielsweise einem Mobiltelefonnetz wie GSM oder NMT, MOBITEX oder direkt zu den Zellen. Erfolgt jedoch die Kommunikation über Kabel, so kann dies über ein Telefonnetz erfolgen, über ein allgemeines nationales Netz oder ein gesamtes Netz, und dann, sofern erforderlich, über ein Funknetz, beispielsweise GSM oder NMT oder über Kabel direkt zu den Zellen. Unter Kabel werden sowohl optische als auch elektrisch leitende Kabel verstanden. Bei bestimmten Anwendungen ist es geeignet, andere Netze zu verwenden, die einen Teil des gesamten Abwehrsystem darstellen. FM Sender in dem Land lassen sich in derselben Weise wie in oder unter Verwendung des Systems MINICALL (RDS und Äquivalente), als Ergänzung verwenden. Das als erstes erwähnte Medium ermöglicht einen Zweiweg-Datentransfer unter Verwendung von beispielsweise Daten/Faxmodems zwischen einem Datenprozessor sowohl in dem Informationszentrum als auch der Zelle. Das Medium für die Einwegkommunikation ermöglicht lediglich eine Vermittlung von Daten entlang einer Richtung. Bei bestimmten Anwendungen des Systems oder in bestimmten speziellen Funktionsphasen des Systems kann es ausreichend sein, lediglich eine Einwegkommunikation von der Zelle zu dem Informationszentrum zu haben, was dem Minimum für das System darstellt, um die Fähigkeit zu haben, in Übereinstimmung mit der Erfindung zu arbeiten.
Die Zellen sind individuell mit dem Informationszentrum über das Medium für die Datenkommunikation verbunden. Alle Zellen haben eine eindeutige bezeichnet - eine Adresse/einen Adresscode -, der für jede Zelle eindeutig ist. In entsprechender Weise hat in den Systemen, in denen die Gesamtheit oder einige der Zellen in ein oder mehr Gruppen aufgeteilt sind, jede Gruppe der Zellen, die mit ein und demselben Informationszentrum verbunden ist, eine bestimmte Gruppenidentität - eine Gruppenadresse/einen Gruppenadresscode -, der in jeder Zelle wiederholt ist und derselbe für all die Zellen ist, die zu derselben Gruppe gehören. Zusätzlich kann auch eine Systemidentität - eine Systemadresse/Systemadresscode - vorliegen, die dieselbe für all die Zellen ist, die zu demselben System gehören. Es kann mehrere Systeme geben, die zur selben Zeitpunkt betriebsbereit sind, und um zu vermeiden, dass Information und Befehle zu der falschen Stelle gelangen, erzielt diese Systemidentität/Systemadresse die Möglichkeit zum Unterscheiden zwischen unterschiedlichen Systemen. Der Adresscode der Zelle und, sofern erforderlich, die Gruppe wird für die gesamte Kommunikation zwischen dem Informationszentrum und der Zelle als Rufadresse(n) verwendet und für die Kommunikation zwischen der Zelle und dem Informationszentrum als Identifizierer der individuellen Zelle oder Gruppe.
Die Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Entwurfs einer Zelle. Jede Zelle ist mit einem oder mehreren Sensoren 270, 271 versehen, die zum Detektieren elektromagnetischer Signale gedacht sind, in beispielsweise dem Hochfrequenzbereich. Die Sensoren können beispielsweise Empfänger mit Verstärkern und zugewiesenen Antennen sein, beispielsweise einem 60º Strahl horizontal und näherungsweise 10º vertikal für das geeignete Frequenzband. Die Empfänger können zu zahlreichen erforderlichen Frequenzbändern anpassbar sein, beispielsweise 8-14 GHz und 8-10 GHz. Ist eine bessere Horizontalabdeckung erforderlich, so lässt sich die Zelle mit einer Antenne mit breitem Horizontalstrahl bereitstellen, oder sie kann mehrere Antennen/Verstärker verwenden, und möglicher Weise das Weiterleiten das Kanals mit dem momentan stärksten Signal in der Verarbeitungskette zulassen.
Jede Zelle enthält auch einen Steuercomputer, der eine Verarbeitungseinrichtung 210 mit einem Programmspeicher 220 und einem Datenspeicher 230 enthält, zum Gewährleisten, dass die Zelle autonom arbeiten kann. Der Programmspeicher 220 kann Programme für die Grundfunktionen in Zelle enthalten, beispielsweise einer Kommunikation, und zusätzlich eines oder mehrere Funktionsprogramme, die definieren, wie die Zelle mit der Außenwelt interagiert, unter Verwendung von Kriterien und zahlreichen Parametern. In denjenigen Fällen, in denen der Programmspeicher mehrere Funktionsprogramme enthält, lässt sich die Wahl zwischen diesen beispielsweise ausführen, bevor die Zelle in Position gebracht wird, durch Zeitsteuerung oder durch Befehle, die über die Kommunikation mit dem Informationszentrum übertragen werden. Es kann auch Raum und die Möglichkeit gegeben sein, weitere Funktionsprogramme in dem Programmspeicher (d. h., dahingehend, dass der Programmspeicher (neu) programmierbar ist) zu ergänzen, was über die Kommunikation von dem Informationszentrum ausgeführt werden kann. Dies ermöglicht das Ändern der Zielsetzung der Zelle oder das Verbessern der Aufgaben, die an die Zelle abgegeben werden. Das Ansprechverhalten der Zelle auf Signale mit bestimmten erforderlichen Charakteristiken in dem jeweiligen Sensorgebiet der Empfindlichkeit wird autonom in der Zelle bestimmt, ausgehend von einer Gruppe von Kriterien und Parametern, die vorab niedergelegt sind oder über die Datenkommunikation gesendet werden, zum Erzielen der beabsichtigten Funktion.
In Zuordnung zu der Prozessoreinrichtung der Zelle 210 ist auch eine Anpasseinrichtung 240 gegeben, die Signale zu und von der Prozessoreinrichtung 210 und einer Kommunikationseinrichtung 250 anpasst, und von zumindest einem Sensor 270. Sofern erforderlich, gibt es auch eine oder mehrere Ausgabeeinrichtungen 260, 261, und - sofern erforderlich - ebenso die Sensoreinrichtung(en) 270, 271, ferner eine oder mehrere der Eingabeeinrichtungen 280, 281, mit der/denen die Prozessoreinrichtung 210 über die Anpasseinrichtung 240 kommuniziert.
Die Kommunikationseinrichtung 250 kann von einem Typ für eine Einwegkommunikation, einem Typ für eine Zweiwegkommunikation oder eine Kombination der beiden sein. Das Kommunikationsverfahren kann entweder drahtlos über eine Antenne 252 zu einem Funknetz sein, beispielsweise GSM oder NMT, oder direkt zu einem Informationszentrum, oder über ein Kabel 254, zu einem allgemeinen oder getrennten Telefonnetz, oder direkt zu einem Informationszentrum. Die eine oder mehreren Ausgabeeinrichtungen 260, 261 können in ihrer einfachsten Form aus einem elektrischen Signal bestehen, das wiederum eine externe Einrichtung irgendeiner Art steuert. Eine Anwendung für die extra vorgesehene Ausgabe- und Eingabeeinheiten 260, 261, 280, 281 ist ein Medium für eine Einwegkommunikation oder eine Zweiwegkommunikation für eine Taktsynchronisierung zwischen zwei Zellen in einem Paar von Zellen, wie nachfolgend dargelegt. Ausgangseinrichtungen können auch aus elektromagnetischen Störsendern bestehen.
Das System ist in einer solchen Weise entworfen, dass die Zellen beispielsweise in einem Gebiet eines Lands oder in/auf Bojen zur See mit großer Freiheit im Hinblick auf die Wahl des Orts angeordnet sein können. Diese Freiheit ist möglich, da die Energieversorgung durch Batterien und/oder Solarzellen erfolgen kann, und da die Kommunikation mit einer drahtlosen Datenübertragung ausgeführt werden kann. Wird das Informationszentrum durch einen Betreiber gehandhabt, so kann das Informationszentrum inhäusig bei einer Stelle angeordnet sein, von der ausgehend es möglich ist, mit den Zellen zu kommunizieren. Die Zahl der Zellen, die zu einer Gruppe gehört, die zu einem Informationszentrum zugewiesen ist, lässt sich einfach für eine bestimmte Aufgabe anpassen, und dies gilt auch für die Zahl der Gruppen, die zu ein und demselben Informationszentrum gehören.
Zum Vereinfachen der freien Anordnung der Zellen in dem Feld ist es wichtig, dass die Anforderung für elektrische Energie für elektrische und elektronische Ausrüstungsgegenstände in der Zelle minimiert ist Ein Verfahren kann darin bestehen, den Energieverbrauch während Zeitperioden zu reduzieren, wie zu den Gegebenheiten, wenn die Zelle nicht irgendeine akute Anforderung erfüllt, was davon ausgeht, dass die aktive Anwendung lediglich sporadisch erfolgt. Mit einer Kommunikation von dem Informationszentrum zu der Zelle lässt sich die Zelle anweisen, alle Funke abzustellen, die Energie verbrauchen, mit der Ausnahme eines Empfängers, beispielsweise des gewöhnlichen Empfängers, eines extra Empfängers vom Typ MINICALL oder eines Zeitgebers, der entweder zum Hochfahren der gesamten Zelle verwendet wie oder zum Anlaufen eines begrenzten Arbeitsmodus in der Zelle, wie einer Funktionssteuerung. Für eine Energieeinsparung in diesen Zellen kann es demnach in bestimmten Fällen vorteilhaft sein, eine Zweiwegkommunikation mit einer Einwegkommunikation von dem Informationszentrum zu der Zelle zu ergänzen, wo die Einwegkommunikation zum Aktivieren und Deaktivieren des Rests der Zelle einschließlich der gewöhnlichen Zweiwegkommunikation verwendet wird. Die Zelle kann demnach mit Energie durch eine Batterie und/oder Solarzellen mit einer Kapazität versehen werden, die lediglich für die Perioden berechnet ist, wenn für die Zelle ein aktiver Zustand erwartet wird.
Ein anderer Vorteil besteht darin, dass dann, wenn die Zelle in einem Modus vorliegt, dass lediglich ein Empfänger hochgefahren ist, beispielsweise ein extra Empfänger, sie sich nicht durch emittierte Strahlung oder eine anderen Aktivität, die ihre Existenz offen legen kann, lokalisieren lässt. Das System kann auch Vorteil aus der Einwegkommunikation zwischen einem Informationszentrum und der Zelle für die Auswahl des Signalprofils aus mehreren Vorprogrammierten in dem Programmspeicher der Zelle ziehen, derart, dass in einer bestimmten Situation durch die Zelle erkannt wird, oder dessen Charakteristiken sich mit eine r geringen Zahl von Parametern zu diesem Speicher für die Signalidentifikation übertragen lassen. Demnach ist eine Einwegkommunikation ausreichend und geeignet in den Situationen, wo das Auffinden der Existenz der Zelle und deren Position nicht gewünscht wird, vorausgesetzt beispielsweise dass keine Bestätigungen von Befehlen erforderlich sind.
Das Signalprofil kann, wenn die elektromagnetischen Signale Radarsignalen sind, aus einem oder mehreren der folgenden Parameter bestehen, durch die die Radarsignale von dem Radarsender charakterisiert werden können: Frequenz, Pulslänge, Codierung oder Pulswiederholfrequenz. Es kann hier kurz erwähnt werden, dass die folgenden Beispiele hauptsächlich Ausführungsformen und Verfahren gemäß dieser Erfindung beschreiben, die sich dann eignen, wenn die elektromagnetischen Signale Radarsignale sind, und die technischen Probleme bestehen für Radarsender derselben Art. Diese Beispiele eignen sich lediglich für Ausführungsformen und Verfahren gemäß der Erfindung für den Zweck der Erläuterung, und sie sind nicht in irgendeiner Weise für den Zweck der Einschränkung oder der Begrenzung vorgesehen.
Werden die Zellen für einen Betrieb in einem aktiven Modus beispielsweise über die Einwegkommunikation von dem Informationszentrum angewiesen, so können die Zellen, die durch den Hauptstrahl eines Radarsendes "beleuchtet" sind, in Übereinstimmung mitbestimmten Kriterien aktiviert werden, die beispielsweise das Signalprofil enthalten. Die Aktivierung der Zelle kann bedeuten, dass die Zelle ihren Takt synchronisiert, wenn sie einen Teil eines Paars von Zellen bildet, und dass sie eine Ankunftszeit (TOA) misst und ein empfangenes Signal identifiziert, Information, die hiernach zu dem Informationszentrum übertragen wird.
Hierdurch kann ein Informationszentrum eine oder mehrere Zellen aktivieren und Deaktivieren, und/oder eine oder mehrere Gruppen von Zellen, und Signalprofile und Kriterien übertragen, die definieren, auf welche Weise individuelle Zellen oder Gruppen von Zellen in dem Fall der "Beleuchtung" durch Radarsignale von einem Radarsender zu betreiben sind. Die Funktion kann alles sein, von der Zellaktivierung, dem Messen der Ankunftszeit, sobald sie durch ein Radarsignal zu der Zelle "beleuchtet" ist, lediglich Aktivierendes Messens und der Übertragung der Ankunftszeit für ein spezifisches Radarsignal von einem oder mehreren der Radarsender.
Für eine praktische Implementierung der Erfindung ist es wichtig, dass sich eine existierende, landesweite Infrastruktur für die Datenkommunikation zwischen dem Informationszentrum und den Zellen verwenden lässt. Das System in Übereinstimmung mit der Erfindung erfordert, wie erwähnt, zumindest den Aufbau einer Datenkommunikation zwischen den Zellen und dem Informationszentrum. Eine wichtige Charakteristik der Erfindung besteht darin, dass sie sich dafür eignet, dass die Rate der Datenübertragung zwischen dem Informationszentrum und den Zellen und vice versa niedrig ist und nicht in Echtzeit erfolgt. Dies ermöglicht die Anwendung einer Zweiwegverbindung zwischen dem Informationszentrum und den Zellen unter Verwendung von Mobiltelefonen und Mobiltelefonnetzen, beispielsweise vom Typ NMT oder GSM. Mit der Anwendung einer Zweiwegkommunikation unter Anwendung irgendeines Mobiltelefonnetzes, lässt sich diese Zweiwegkommunikation durch eine Einwegkommunikation vom Typ MINICALL zwischen dem Informationszentrum und der Zelle in den Fällen ergänzen, wo nicht gewünscht wird, dass die Position der Zellen oder selbst deren Existenz bekannt wird (selbst wenn die Information lediglich entlang einer Richtung in dem Mobiltelefonnetz gesendet wird, gibt es eine kontinuierliche Zweiwegdaten/Synchronisationsvermittlung in einem Mobiltelefonnetz, wodurch die Zelle erkannt werden könnte). Es ist hier herauszustellen, dass obgleich die folgenden Beispiele eine Zweiwegkommunikation verwenden, es in den meisten Beispielen ausreichend wäre, eine Einwegkommunikation von der Zelle zu dem Informationszentrum zu haben, um die erforderliche Funktion zu erzielen.
Unter Verwendung der Kreuzpeilung berechnet das System in einem Informationszentrum die Position eines detektierten und identifizierten Senders, und - sofern erforderlich - lässt sich die Berechnung durch mehrere Informationszentren ausführen, die zusammen arbeiten. Eine Übersetzung in einem Informationszentrum der mehreren berechneten Positionen ermöglicht das Aufstellen der Grunddaten, die sich in einer solchen Weise verarbeiten lassen, dass sich die Bewegungen des Senders verfolgen und vorhersagen lassen (manuell und/oder automatisch unter Verwendung von Computern).
Für eine Kreuzpeilung nützt ein Informationszentrum Information von ihren Untereinheiten, d. h. Zellen, die mit dem Informationszentrum verbunden sind, und - sofern erforderlich - ebenso anderen Informationszentren und Zellen in dem Fall, dass mehrere Informationszentren zusammenarbeiten. Die Information kann aus der Identität der Zellen bestehen, sowie den Charakteristiken des detektierten Senders, beispielsweise Frequenz, Sendermodus in Übereinstimmung mit der Identifikation der Zelle, Pulslänge, Pulswiederholintervall, Ankunftszeit und Identitätszahl für das bestimmte Messfenster/Zeitfenster (siehe unten).
Die Kreuzpeilung wird auf der Grundlage von zumindest zwei Peilungen berechnet, die als zu demselben Sender gehörend identifiziert werden. Eine erste Peilung BA, siehe Fig. 3, berechnet an hand einer Information von einem ersten Paar von Zellen/Sensoren CPA, und eine zweite Peilung BB, berechnet anhand von Information von einem zweiten Paar von Zellen/Sensoren CPB, werden zum Berechnen einer Position eines Zielsenders SP verwendet. In dem Informationszentrum sind geeignete geographische Abbildungsdaten gespeichert, und zumindest sämtliche geographische Positionen für die Zellen/Paare der Zellen, die zu dem Informationszentrum gehören. Das Informationszentrum braucht keine Information, die vorab im Hinblick auf die geographischen Positionen der Zellen/Paare von Zellen gespeichert sind, die eine Einrichtung für eine Positionsbestimmung haben, beispielsweise GPS, da diese Zellen/Paare der Zellen ihre relevanten geographischen Positionen zu dem Informationszentrum kommunizieren können. Die Messbasis MB ist entweder gespeichert oder sie lässt sich einfach in dem Informationszentrum berechnen. Die X und Y Koordinaten für die Position des Senders SP relativ zu dem ersten Paar der Zellen/Sensoren CPA lässt sich beispielsweise anhand der folgenden Gleichungen berechnen:
mit θ&sub1; als Gegenuhrzeigerwinkel von der Messbasis MB zu der ersten Peilung BA ausgehend von dem ersten Paar der Zellen/Sensoren CPA, und mit θ&sub2; als Gegenuhrzeigersinnwinkel von einer Erweiterung der Messbasis MB zu der zweiten Peilung BG von dem zweiten Paar der Zellen/Sensoren CGB.
Die Peilmessung wird bevorzugt in Übereinstimmung mit dem Differenz-Ankunftszeit-(DTOA)-Prinzip ausgeführt, d. h., die Differenz in einer Ankunftszeit (TOA) bei zwei Zellen/Sensoren eines Sendersignals wird gemessen. Einer der Vorteile der Anwendung des Differenz-Ankunftszeit-Verfahrens besteht darin, dass es in Übereinstimmung mit der Erfindung möglich ist, es in einfachen Untereinheiten mit moderaten Anforderungen der Taktsynchronisation zwischen der Untereinheiten zu implementieren. Die Berechnung der Peilungen kann in dem Informationszentrum erfolgen, um die Fähigkeit zu haben, die Zellen, die Untereinheiten des Informationszentrums, einfach zu halten, und es gibt eine große Zahl von diesen für jedes Informationszentrum. Ist eine Differenz der Ankunftszeit eines Sendesignals zu zwei Zellen 410, 420, siehe Fig. 4, gleich t, so lässt sich der Winkel φ 450 zwischen der Peilung 490 des detektierten Senders und der erweiterten Verbindungslinie 440 zwischen den Zellen oder Sensoren berechnen zu:
φ = arccos(c·t/d)
mit c gleich der Lichtgeschwindigkeit und d 445 gleich der Distanz zwischen den Zellen/Sensoren.
Die Messung der Ankunftszeit lässt sich auf unterschiedliche Weisen ausführen, und ein erstes Beispiel der Erfindung besteht darin, dass unter Bezug auf die Fig. 5, eine Zahl von Zellen 510, 520, die beispielsweise eine Gruppe ausbilden kann, mit Sensoren 512, 516, 522, 526 in der Form von Empfängern ausgebildet sind, die Radar- und Funksender detektieren und möglicher Weise identifizieren können. Die Zellen 510, 520 können die Differenz der Ankunftszeit zu den jeweiligen Sensoren eines Signals von einem Sender bestimmen, und diese Information zu einem Informationszentrum für die Berechnung der Position des Senders weiterleiten.
Zum Erhöhen der Genauigkeit bei der Bestimmung der Richtung sollten die Zellen bevorzugt einen internen Präzisionstakt enthalten, der mit einer externen Taktreferenz synchronisiert werden kann. Die Synchronisierung lässt sich über einen gruppenadressierten oder systemadressierten Synchronisationscode von dem Informationszentrum unter Verwendung der üblichen Datenkommunikation ausführen. Die Zellen können ebenso mit getrennten Empfängern versehen sein, für irgendeine externe Zeitreferenz, wie beispielsweise DCF- 77 für Frankfurt in Deutschland, das Schwedische Funkzeitsignal oder irgendeine andere über Funk übertragene Zeitreferenz. Die Synchronisiersignal, die in TV Signalen enthalten sind (Zeilen- und Bildsynchronisierung) können ebenso verwendet werden. In dem letzten genannten Fall können diese Zellen auch jeweils mit Funk/TV Empfängern für den direkten Empfang der übertragenen Referenz versehen sein, die mit einer Einrichtung verbunden sind, die automatisch eine Präzisionssynchronisierung des Zelltakts mit dem Zeitreferenz/Zeitsignal ausführt. Der Empfang der Zeitreferenz/des Zeitsignals kann entweder fortlaufend oder lediglich zu bestimmten Zeitpunkten erfolgen. Die Wahl der Referenz ist - neben anderen Dingen - davon abhängig, welche absolute und relative Zeitgenauigkeit in der bestimmten Anwendung erforderlich ist.
Mit zumindest zwei Empfängern 513, 517, 523, 527 in jeder Zelle und Empfangsantennen 514, 518, 524, 528, die zu den jeweiligen Empfängern gehören, werden die Ankunftszeitdifferenzen der detektierten und möglicher Weise auch identifiziert en Signale von einem sendenden Radar oder Funksender in den jeweiligen Zellen bestimmt. Die Antennen sind bei einer fixierten, genau bekannten Distanz voneinander anzuordnen und in einer Position so, dass die geographische Richtung der Rechtwinkligen 511, 512 zu der Linie (der Basislinie) 515, 525 zwischen diesen bekannt ist (durch beispielsweise die Anwendung von GPS oder einem anderen Verfahren der Messung).
In dem Fall einer DTOA Messung (Peilungsmessung) lässt sich die Länge der Messbasis bevorzugt lang ausbilden, beispielsweise im Kilometerbereich anstelle von Bruchteilen einiger Meter zum Messen im Zusammenhang mit einem X- Bandsender (10 GHz Bereich), dass dies nicht eine gleichzeitig hohe Zeitauflösung erfordert. Es gibt keinen Grund, erneut eine kürzere Messbasis zu versuchen, bei Beibehaltung der Genauigkeit der Messung der Peilungen, mittels einer hohen Messgenauigkeit und hierdurch komplizierten Zellen.
Ein Grund dafür, kein System mit einer sehr hohen Zeitauflösung zu haben, besteht darin, dass die Zeitmessungen, die zu dem Informationszentrum für die Berechnung der Peilung/Position zu senden sind, eine entsprechend höhere Datenrate erfordern würden. Dies bedeutet, dass in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein Paar von Zellen verwendet werden kann, mit zwei Teileinheiten/Zellen, angeordnet mit einer Distanz voneinander, und mit zumindest ihrer eigenen Antenne und ihrem eigenen Empfänger. Die Ankunftszeiten (TOA) eines Signals von einem Sender zu diesen jeweiligen Zellen wird später für die Berechnung der Peilung verglichen. Zum Erlangen der Fähigkeit, die Ankunftszeiten zu den zwei Zellen in einem Paar von Zellen zu vergleichen, müssen die Zellen synchronisierte Takte haben. Die Anwendung einer langen Messbasis erfordert eine geringere Genauigkeit in der Taktsynchronisierung zwischen den Zellen in einem Paar von Zellen, als dies mit einer kurzen Messbasis erforderlich ist, was die Anwendung von einfachen Zellen ermöglicht.
Die Fig. 6 zeigt, wie vier Zellen 610, 612, 614, 616 in zwei Paaren von Zellen 620, 630 in einer solchen Weise angeordnet sind, dass sie jeweils eine Messbasis 622, 632 mit Rechtwinkligen definieren, die entlang einer geeigneten Messrichtung horizontal zeigen. Die Antennen der Empfänger der Zelle 611, 613, 615, 617 müssen in Richtung zeigen, die näherungsweise parallel zu der Richtung der jeweiligen Rechtwinkligen 625, 635 sind. Die Distanz zwischen den Ausnehmung der Empfänger der Zelle (die Länge der Messbasis) kann bevorzugt zwischen 200 und 3000 Meter liegen. Für ihre Bewertung von Daten in den Zellen wird das Informationszentrum Zellen in ihrem Messgebiet auswählen, wo das Ziel/der Sender relativ nahe zu der Rechtwinkligen zu der jeweiligen Messbasis angeordnet ist, zum Erzielen der besten Messgenauigkeit.
Voraneilende Flanken der empfangenen Pulse werden bestimmt, mit einer solch guten Präzision, wie es eine einfache Ausrüstung ermöglicht, beispielsweise werden Punkt 6 dB unterhalb der Amplitude des Puls (die Amplitude ist gleich einem Mittelwert der Zahl der Abtastwerte von demjenigen Teil des Pulses, wo die Pulspegel unmittelbar nach der voraneilenden Flanke aus gemittelt sind) als der Definitionspunkt für die Zeitposition der voraneilenden Flanke gewählt. Das Signal wird (analog zur Digitalumsetzung) zum Beispiel bei 20-50 Nanosekundenintervallen für eine nachfolgende digitale Signalverarbeitung abgetastet. Die Position der voraneilenden Flanke in Übereinstimmung mit dieser Definition lässt sich anhand einer Zahl von Abtastwerten von der voraneilenden Flanke der Pulse interpolieren.
Das Positions-Bestimmungssystem gemäß der Erfindung ist in einer solchen Weise entworfen, dass die Empfangszellen in Paaren organisiert sind, die eine gewisse Distanz zwischen den Zellen aufweisen, und in einer solchen Weise orientiert sind, dass während einem Teil eines Abtastsvorgangs von beispielsweise einem Abtastflugzeugradar sie beide gleichzeitig in dem Hauptstrahl des Radars enthalten sind (der Strahlwinkel wurde hier zu näherungsweise 3º angesehen). Die Distanz zwischen dem Paar der Zellen kann wiederum in der Größenordnung von 50 Kilometern liegen. Die Positionsbestimmung sollte eine Zahl von Paare von Zellen betreffen. Der geographische Ort der Zellen muss sich präzise auf einer Karte spezifizieren lassen, damit die Orientierung der Messbasen gut in Beziehung zu dem geographischen Norden bekannt ist.
Zum Beibehalten des Konzepts kleiner Zellen wird eine Datenkommunikation direkt zwischen den Zellen vermieden, und bevorzugt ebenso zwischen. Zellen in einem Paar. Jedoch muss eine gemeinsame Zeitbasis in irgendeiner Weise eingeführt werden, sowohl zwischen den Zellen in einem Paar als auch zwischen den Paaren. Die Anforderung für die Zeitauflösung ist in beiden Fällen erheblich unterschiedlich.
Das DTOA-Verfahren geht davon aus, dass die Ankunftszeit der Pulse zu derselben Zeitbasis in einem Paar von Zellen/Sensoren referenziert werden kann. Die folgende Berechnung gibt eine Idee von der Anforderung für die Zeitsynchronisierung und die Messgenauigkeit, die erforderlich sind. Ein Fehler in der Zeitsynchronisierung zwischen den Zellen in einem Paar von Zellen von 33 Nanosekunden entspricht einer Differenz in der Ausbreitungsdistanz von 10 Metern. Beträgt die Messbasis 2000 Meter und ist der Sender an der Rechtwinkligen zu dem Mittelpunkt der Messbasis angeordnet, so bedeutet dies, dass der Sender hierdurch angezeigt ist durch arcsin(10/2000)º = 0.29º Fehler; 100 Nanosekunden entsprechend näherungsweise 0.9º Fehler bei der Peilung. Die Wirkung der Höhe des Senders oberhalb der Zellen auf die Ausbreitungszeiten hat eine vernachlässigbare Wirkung auf das Messergebnis bei den Distanzen, die hier zu diskutieren sind.
Es lassen sich mehrere unterschiedliche Verfahren zum Synchronisieren der Takte der einzelnen Zellen in einem Paar von Zellen verwenden, von denen bereits einige erwähnt sind. Eines von mehreren satelliten-basierten Systemen ist das GPS System, das die Fähigkeit hat, eine absolute Genauigkeit von 50-75 ns zu erzielen. GPS Empfänger sind billig, da sie in großen Zahlen hergestellt werden können, und sie sind in integrierter Schaltungstechnologie verfügbar. Zellen, die das GPS System verwenden, können mobil/beweglich sein, da das GPS System primär zum Bestimmen der Position entworfen ist. Information über die Position der Zelle lässt sich in derartigen Fällen zu ihrem steuernden Informationszentrum übertragen, das die Position der Zelle verwendet, um die Peilung und die Ursprungsposition der detektierten Signale zu berechnen. Die Genauigkeit der Positionsbestimmung in Übereinstimmung mit dem GPS System lässt sich beispielsweise unter Verwendung von differentiellem GPS (D-GPS) erhöhen. Die einzige interne Verbindung, die in einem Systemkonzept mit GPS als der Zeitbasis erforderlich ist, ist die Verbindung mit einer niedrigen Datenrate zwischen Zellen und dem Informationszentrum. Trotz der Vorteile der Anwendung von GPS, werden mehrere geeignete Verfahren vorgestellt, da die Zuverlässigkeit eines GPS Systems nicht immer garantiert sein kann, und GPS Signale der Interferenz unterliegen, die nicht in allen Situationen akzeptiert werden kann.
Zwei alternative, jedoch prinzipiell ähnliche Lösungen zum Erzielen einer gemeinsamen Zeitbasis mit geeigneter Genauigkeit in einem Paar von Zellen bestehen im Übertragen von Synchronisierpulsen/einer Taktfrequenz unter Verwendung von Lichtleitfasern zwischen Zellen in einem Paar von Zellen oder im Senden entsprechender Signale über eine Trägerwelle, die zu dem Empfängerband der Zelle angepasst ist (beispielsweise dem X- oder dem S-Band). Als Takt lässt sich ein Oszillator mit einem Quarzkristall mit moderater Stabilität gemeinsam für die Zellen in einem Paar verwenden. Ein taktbezogenes 50-100 MHz Signal wird in einer Lichtleitfaser von einer Zelle, dem Master, zu der anderen Zelle in dem Paar, dem Slave, gesendet. Das Signal kann abwechselnd mit einer 50-100 MHz Modulation gesendet werden, von annahmeweise einem 10 GHz Sender mit geringer Energie mit einer einfachen Richtantenne, angeordnet in der Master-Zelle, und ausgerichtet zu der Slave-Zelle.
In beiden Fällen wird ein Phasenregelkreis mit eingeschränkter Bandbreite zum Verriegeln des Takts der Slave-Zelle zu dem Takt der Master-Zelle verwendet. Die von der Master-Zelle gesendete Referenz ist in einer solchen Weise zu codieren, dass sich beide Zellen so miteinander synchronisieren lassen, dass sie denselben Taktzyklus nach der Korrektur im Hinblick auf die Ausbreitungszeit des Synchronisiersignals identifizieren können. Das System sollte auch die Fähigkeit haben, Neustarts nach Unterbrechungen bei Erfüllung dieser Erfordernis handzuhaben.
Für die Zelltakte ist es nicht erforderlich, dass sie fortlaufend synchronisiert sind. Für den Slave-Takt ist eine Synchronisierung mit dem Master-Takt dann ausreichend, wenn die Zellen ein interessierendes Signal registrieren (innerhalb von Millisekunden nach der Detektion). Die Zeit der Slave-Zelle lässt sich dann im Hinblick auf das Angleichen dahingehend korrigieren, dass diese neue Synchronisierung die Frage betrifft, ob beide Zelltakte ausreichend stabil in der kurzen Zeitdauer sind. Der Wert (Engl.: valve) der Zeitkorrektur, der die Taktangleichung betrifft, wird aufgezeichnet. Die Zeitkorrektur wird unter Verwendung eines zweiten äquivalenten Takts in der Slave- Zelle gemessen. Der Wert (Engl.: valve) der Korrektur wird zum Korrigieren der Ankunftszeiten für ein Sendesignal verwendet, das gerade registriert ist, oder er wird in der Slave-Zelle registriert. Selbst wenn das Angleichen zu der Zeit in diesem Zusammenhang eine große Größe ist, wenn eine lange Zeit zwischen den Synchronisierungen verstrichen ist, sind die momentanen Taktraten in der Master-Zelle und der Slave-Zelle sehr ähnlich. Während beispielsweise einer Zeitperiode von weniger als einer Sekunde ist die Abweichung normalerweise kleiner als 10 ns, mit einer moderat genauen und abhängig synchronisierten Quarzuhr (beispielsweise mit der Stabilität von einem Teil pro 10&sup8; pro Stunde, einem Teil pro 10&sup7; pro Jahr).
In einem System, das Lichtleitfasern für die Zeitsynchronisierung verwendet, gibt es kaum irgendeinen Grund, eine andere Vorgehensweise als das fortlaufende Verriegeln zwischen den Takten zu verwenden. Es ist auch möglich, lediglich einen Takt zu verwenden, der durch beide Zellen geteilt wird. Die Ausbreitungszeit für das Taktsignal zwischen einem Paar muss die Fähigkeit haben, beispielsweise in dem Informationszentrum bestimmt und gespeichert zu werden, im Hinblick auf die Bedingung "gemeinsame Zeit", die bei der Berechnung der Peilungen zu erfüllen ist. Das Signal bei einer geeigneten Lichtleitfaser hat eine Ausbreitungszeit, die linear zu der Länge ist, und eine lineare Temperaturabhängigkeit bei einer Größe hat, die in diesem Fall vernachlässigbar ist. Ein geeigneter Typ einer Lichtleitfaser kann beispielsweise eine Zeitdifferenz bei der Ausbreitungszeit von 5.5 ns über einen Temperaturbereich von 100º über eine Faserlänge von 1 km aufweisen, und eine Ausbreitungszeit bei einer Temperatur von 0º von näherungsweise 5 us. Wird ein Mikrowellensender verwendet, so wird die Ausbreitungszeitverzögerung in einem freien Raum bei Bodenpegelatmosphäre anhand der Länge der Basislänge berechnet, und sie lässt sich durch den Sender steuern, der ein Signal mit einer Pulsform und einer Trägerfrequenz sendet, das in der Bibliothek als "interessierender Sender" aufgezeichnet ist.
Wird eine Faser oder eine Drahtloskommunikation mit einer hohen Datenübertragungskapazität zwischen der Master- und Slave-Zelle in dem System aufgebaut, so kann das Paar der Zellen unabhängiger bzw. autonomer arbeiten. Dies bedeutet, dass die Slave-Zelle Ankunftszeiten zu der Master-Zelle überträgt, so Daten im Hinblick auf die Zeit für eine Peilbestimmung verarbeitet werden können. Bei dieser Systemlösung werden lediglich Peilungsdaten und beispielsweise die Senderidentität von der Master-Zelle zu dem Informationszentrum gesendet. Bei dieser Konfiguration besteht für die Slave-Zelle keine Anforderung einer Verbindung mit dem Informationszentrum für den Bericht von Daten.
Die Kalibrierung für ein Paar von Empfängern erfolgt ähnlich zu dem Verfahren, das zum Messen im Hinblick auf ein Target verwendet wird. Eine Zelle sendet einen wohl definierten Pulszug betreffend eine Pulslänge und eine Pulswiederholfrequenz als ein Synchronisiersignal entlang der Richtung der anderen Zelle. Diese empfängt den Pulszug und bewirkt ein Angleichen und Phasenverriegeln von seinem Takt auf der Grundlage des detektierten Synchronisiersignals. Das Erzielen der korrekten gemeinsamen Zeit erfordert eine Korrektur für die Ausbreitungszeit des Signals zwischen den zwei Zellen. Diese Korrektur kann in dem Paar der Zellen ausgeführt werden, oder alternativ in dem Informationszentrum, da das Zentrum die Positionen der Zellen kennt. Die Größe der Korrektur wird anhand der Distanz zwischen den Zellen bestimmt. Durch das Ausführen einer Messung im Zusammenhang mit einem allgemein bekannten Signal wird die Messgenauigkeit besser als durch einen Messvorgang im Hinblick auf ein tatsächliches Target. Nach einer Kalibrierung lässt sich der Kalibrierfehler demnach vernachlässigen.
Die Tatsache, dass die Zellen ein Teil eines Paars von Zellen sind, bedeutet, dass sie an geeigneten Positionen im Zusammenhang miteinander angeordnet sind und bei erwarteten Targetpfaden. Das Beteiligtsein an einem Paar von Zellen betrifft auch das Spezifizieren der Ankunftszeiten (TOA) durch die zwei Zellen in dem Paar der Zellen zu dem Informationszentrum in einem zeitbasierten System, das beiden Zellen in der Zeitauflösung gemein ist, die für die Berechnung der Peilungen mit der erforderlichen Genauigkeit erforderlich ist. Die zeitliche Synchronisierung mit anderen Paaren von Zellen kann von erheblich niedriger Präzision sein, da die Zeit hier lediglich zum Bestimmen verwendet wird, ob jeweilige Messvorgänge in vernünftigem Umfang auf dieselbe Ablenkung Bezug nehmen, von ein und demselben Sender (die Umdrehungsgeschwindigkeit für die Nase der Radarablenkung in einem Suchmodus liegt zwischen 50 und 360º pro Sekunde für ein fliegendes Aufklärungsradar mit Drekuppel um 30º pro Sekunde).
Um die Fähigkeit zu haben, eine Datenkommunikation mit einer geringen Übertragungsrate zwischen Zellen und einem Informationszentrum zu verwenden, muss die von den Zellen zu übertragende Information so reduziert werden, dass die Informationsmenge, die zu einem Informationszentrum zu übertragen ist, innerhalb einer vorgegebenen Zeitperiode ausgeführt werden kann. Gemäß der Erfindung erfolgt diese Datenreduktion in jeder Zelle unter Verwendung synchronisierter Zeitfenster einer bestimmten festen Länge während der Messzeit, Messfenster und die detektierten Pulszüge charakterisiert sind. Die synchronisierten Zeitfenster können direkt aneinander Flanke an Flanke liegen, oder sie können im Hinblick auf die Zeit getrennt sein, abhängig beispielsweise von den Charakteristiken der empfangenen Signale und/oder der Berechnungskapazität der Zellen. Die voraneilenden Flanken der Pulse werden in den Zellen detektiert und zeitmarkiert, so dass es möglich ist, die PRF des Pulszugs zu bestimmen. Hiernach wird eine Messung der Ankunftszeit des Pulszugs bestimmt. Das Konzept gemäß der Erfindung nützt Signale von Sendern, die PRF Werte haben, die während der hier betreffenden Messzeiten konstant sind. Moderne Radarsysteme haben allgemein diese Charakteristik. Anders als die Ankunftszeit des individuellen Puls wird die Ankunftszeit des Pulszugs durch ein Verfahren bestimmt, das - sofern die PRF des Pulszugs ausreichend hoch in Relation zu der Länge des Zeitfensters/Messfensters ist - einen Durchschnittswert über eine große Zahl von Pulsen verwendet. Die Ankunftszeit für den Pulszug in dem Zeitfenster/Messfenster wird in Übereinstimmung mit einer Modulo-Formel berechnet. Durch dieses Verfahren können die PRF des Pulszugs und seine Ankunftszeit selbst dann bestimmt werden, wenn einige Pulse in dem Pulszug gelegentlich die Detektion aus irgendeinem Grund vermeiden. Zwei oder mehr Pulszüge, die zur selben Zeit in einem Zeitfenster/Messfenster detektiert werden, können - ob sie ohne Verlust an Pulsen detektiert werden oder nicht - getrennt gehandhabt werden, wenn die Pulszüge ausreichend gut für die unterschiedlichen zu bestimmenden PRF Werte aussortiert werden können. Die Prozedur zum Bestimmen der Ankunftszeit in dem Zeitfenster/Messfenster wird in derselben Weise für jeden aussortierten Pulszug getrennt wiederholt.
Da die Datenkommunikation zwischen der Zelle und dem Informationszentrum eine variable und nicht bekannte Zeitverzögerung umfasst, innerhalb eines bekannten längsten Zeitrahmen, müssen die Daten, die anhand der Detektion der Pulse in einem Zeitfenster berechnet werden, hierzu Information (Daten) ergänzt haben, die die Identität des Zeitfensters angeben, insbesondere eine Fensterzeitnummer. Unter Verwendung der Fensterzeitnummer lassen sich Messungen und Daten von unterschiedlichen Zellen, die zu derselben Messbasis und entsprechenden Zeitfenstern gehören, in dem Informationszentrum koordinieren, für einen Vergleich - neben anderen Dingen - der Ankunftszeiten der Sendesignale in Übereinstimmung mit den oben erwähnten Berechnungsvorgängen. Zeitfenster mit derselben Fensterzeitnummer bedeuten, dass sie dieselbe Absolutzeit innerhalb einer Toleranz haben, die von der Zeitsynchronisierung der Zellen abhängt. Die Fensterzeitnummern lassen sich zyklisch unter der Bedingung wiederverwenden, dass die Nummern nicht in dem Zeitrahmen wieder auftreten, der in der Datenkommunikation über das betreffende Kommunikationsnetz auftreten kann.
Die Erfindung komprimiert/reduziert die Zahl der Zifferwerte auf ein Minimum, so dass neben anderen Dingen die Kapazität eines Mobiltelefondienstes für die Datenkommunikation mit einem Informationszentrum ausreichend ist. Durch Anwendung einer geringen Datenübertragungsgeschwindigkeit, wird auch ein System erhalten, das im Hinblick auf Interferenz resistent ist. Information über einen detektierten Sender, die während einer Zeitfensterperiode akkumuliert wird, sollte an ein Informationszentrum während einer Zeitfensterperiode abgegeben werden können, und andernfalls wird Information permanent in den Zellen akkumuliert. Als Beispiel sei angenommen, dass die Zeitfenster vier Millisekunden betragen und dass Daten ein Puffern erfordern können, während einer Periode von höchstens einer halben Sekunde. Die Zahl der Bits, die jede Zelle an ein Informationszentrum zu übertragen hat, wird zu sieben Bit für den Sendertyp (einschließlich der PRI Information) geschätzt, 10 Bit für die Zeitposition (Auflösung 10 ns) und sieben Bit für die Fensterzeitnummer (Auflösung von vier Millisekunden und einer Pufferzeit von einer halben. Sekunde). Es gibt demnach eine Übertragungsanforderung von jeder Zelle zu dem Informationszentrum von 24 Bit pro Millisekunden gemäß 6 kbit pro Sekunde. Dies liegt im Rahmen der üblichen Übertragungskapazität des Mobiltelefonnetzes.
Die Fig. 7 zeigt ein Flussdiagramm für die Vorgehensweise zum Bestimmen der Ankunftszeit eines Pulszugs, wie sie sich in den Zellen ausführen lässt. Die Beschreibung des Flussdiagramms in Übereinstimmung mit Fig. 7 erfolgt in Zuordnung zu Fig. 8, die Zeitfenster 801, 805 mit einigen individuellen Pulse 810, 820, 830, 840 in einem der Zeitfenster 801. Die Bezugszeichen für die Figur haben 700-er Nummern, und die Bezugszeichen für die Fig. 8 haben 800-er Nummern. In einem ersten Schritt 710 wird die Zeitposition 815, 825, 835, 845 für die voraneilenden Flanken der individuellen Pulse 810, 820, 830, 840 in einem Zeitfenster 801 gemessen und gespeichert, relativ zu einem Zeitfensterstart 802 gemäß dem Zeitfenster 801. Hiernach wird in einem zweiten Schritt 720 die Zeitdistanz 812, 823, 834 zwischen Pulsen bestimmt. Möglicherweise gibt es einen anfangs Vorabsortiervorgang der Pulse im Hinblick auf. Frequenzen und Amplitude in einem dritten Schritt 730. Ein vierter Schritt 740 bewirkt das Sortieren der Pulse in Gruppen in Übereinstimmung mit der Anfangs-Näherungsmessung es Pulswiederholintervalls (PRI, Engl.: pulse repetition interval), d. h., der Tatsache, dass eine Gruppe charakterisiert ist durch die Zeitdistanz 812, 823, 834 zwischen den Pulsen, die in dem zweiten Schritt 720 bestimmt sind. Pulse, die von unterschiedlichen Pulszügen ausgehen, enden demnach in unterschiedlichen Gruppen. Ein bestimmter Puls könnte eine solche Zeitposition haben, dass der Puls die Bedingung für mehrere Gruppen erfüllt. In einem solchen außergewöhnlichen Fall wird davon ausgegangen, dass er zu der Gruppe der Puls gehört, die die meisten Pulse aufweist. Nach dem Sortieren in Gruppen wird der PRI Wert mit höchster Präzision auf der Grundlage der Ankunftszeit 815, 825, 835, 845 der Pulse (in einer Gruppe) in einem fünften Schritt 750 bestimmt. Dies kann in vielfältiger Weise ausgeführt werden. Als ein Beispiel können Differenzen der Ankunftszeiten für Pulse gebildet werden, mit einer Distanz zwischen diesen, die gleich der Hälfte der Zeiterstreckung für die Gesamtheit des gemessenen Pulszugs ist. Die Zahl der Differenzen ist demnach die Hälfte der Zahl der teilnehmenden Pulse, und jeder Puls partizipiert lediglich bei einer Differenzbildung. Unter Heranziehung des Mittelwerts der Messergebnisse ergibt sich ein genauer Wert für PRI.
Hiernach wird in einem sechsten Schritt 760 die Zeitposition für jeden Puls relativ zu dem Start des Fensters sukzessive reduziert, anhand dem berechneten PRI, bis ein Wert zwischen Null und PRI (Modulus-Berechnung) erhalten wird. Jeder. Puls gibt auf diese Weise eine Zeitposition zwischen Null und PRI an. Hiernach wird in einem siebten Schritt 770 ein Mittelwert dieser Zeit zwischen Null und PRI berechnet. Mittels dieser Prozedur wird eine gute berechnete Schätzung der Zeitposition für den ersten Puls des Pulszugs nach dem Start des Fensters erhalten, ohne dass dieser Puls erforderlichenfalls detektiert werden muss. Der Zeitwert (TOA), der in dem siebten Schritt 770 erhalten wird, wird sukzessive in einem achten Schritt 780 reduziert, durch Reduzieren eines Werts, bis ein Wert zwischen 0 und dem Reduzierwert erhalten wird (Modulus-Berechnung). Hiernach muss lediglich ein Zeitwert (ein datenreduzierter Wert TOA) nicht größer als der Reduzierwert zu dem Informationszentrum übertragen werden. Die datenreduzierte Ankunftszeit wird in dem Informationszentrum zusammen mit einer korrelierten datenreduzierten Ankunftszeit von der anderen Zelle in dem Paar der Zellen verwendet, zu dem die Zelle gehört, zum Berechnen eines Peilwerts in Übereinstimmung mit beispielsweise den zuvor erläuterten Verfahren. Der Reduzierwert ist ein Zeitwert, der größer als die Ausbreitungszeitdifferenz für die empfangenen Signale zwischen den zwei Zellen in einem Paar von Zellen ist. In einem Beispiel kann der Reduzierwert 10 us sein, bei einer Messbasis von 1000 Metern zwischen den Zellen in einem Paar von Zellen. Die Prozedur unter Verwendung eines Reduzierwerts wird durch die Tatsache gerechtfertigt, dass die Differenz der Ankunftszeiten für beide der Zellen in einem Paar von Zellen maximal 6 us (±3 us) beträgt, mit einer Messbasis zwischen den Zellen von 1000 Metern (mit einer Zeitverzögerung von 3 ns pro Meter beträgt die maximale Ausbreitungszeit zwischen den Zellen 3 ns · 1000 = 3 us). Auf diese Weise wird die Anforderung für die Übertragungskapazität reduziert. Andererseits kann ein bestimmtes Risiko bestehen, dass eine Signalkorrelation in dem Informationszentrum zwischen Signalen von unterschiedlichen Sendern stattfindet. Das Risiko wird jedoch als gering bewertet, und kann - sofern erforderlich - weiter reduziert werden, wenn die Modulus-Berechnung in Übereinstimmung mit dem oben erwähnten achten Schritt 780 mit einem größeren Reduzierwert wie beispielsweise 100 us anstelle von 10 us stattfindet. Sofern erforderlich, weist das Informationszentrum die längeren Ausbreitungszeitdifferenzen auf, beispielsweise alle Ausbreitungszeitdifferenzen, die einer Peilung von mehr als 60º relativ zu der Messbasis in dem Paar der Zellen entspricht, zum Reduzieren von Problemen im Hinblick auf die Mehrdeutigkeit des Ergebnisses.
Nachfolgend wird die Prozedur/das Verfahren in mathematischerer Form beschrieben. Wird ein Sendesignal detektiert, so wird zunächst der Wert von PRI (der Distanz zwischen den Pulsen in dem Pulszug) bestimmt. Bei den normal auftretenden Wellenformen MPD (mittlerer PRF-Pulsdoppler) oder HPD (hoher PRF-Pulsdoppler) gibt es eine große Zahl von Pulsen mit konstanten Pulsdistanzen zwischen diesen mit einer Fensterzeit von beispielsweise vier Millisekunden. Die Größe von m Pulsen wird für die Berechnung verwendet, mit m als Zahl von Pulsen mit konstantem PRI in dem Fenster. Beispielsweise kann m zu 100 Pulsen maximiert sein, zum Reduzieren der Rechenlast für die individuellen Zellen. Dies würde bedeuten, dass die gesamte Information nicht für die Wellenform HPD verwendet wird, wo 100 Pulse eine typische Zeiterstreckung von einer halben bis einer Millisekunde haben. Die Zeit zwischen der voraneilenden Flanke des Pulses und dem Start des Fensters wird gemessen. PRI wird hiernach in Übereinstimmung mit der folgenden Größe berechnet:
mit t(i) als Zeitposition für die Pulsszahl i relativ zu dem Start des Fensters und m als Zahl der verwendeten Pulse. Hiernach wird die Distanz (T) von dem Start des Fensters zu dem ersten Puls in der Pulsgruppe wie folgt geschätzt:
T kann demnach einen Wert zwischen 0 und PRI haben. Zum Reduzieren der Anforderung für die Zahl der Bits in der Beschreibung von T wird t für jede Zelle wie folgt berechnet:
t = MOD(T, R)
mit R als Reduzierwert, der die Ausbreitungszeit zwischen zwei Zellen in einem Paar von Zellen übersteigt, die zusammen für das Messen der Peilung verwendet werden. R kann beispielsweise 10 us für eine Messbasis und 1000 Metern zwischen Zellen in einem Paar von Zellen sein. Dies bedeutet, dass jede Zelle die Fähigkeit zum Zuführen einer Zeit t hat. Eine geeignete Auflösung kann beispielsweise 10 ns gemäß 10 Bit sein. In der nachfolgenden Peilbestimmung ist die Differenz des berechneten t-Werts von beiden Zellen enthalten. Diese Differenz übersteigt nicht ±3 us für eine Messbasis von 1000 Metern zwischen Zellen in einem Paar von Zellen, was die Rechtfertigung für die Vereinfachung in Übereinstimmung mit der letzten Gleichung ist. Für das Berechnen der Peilung in dem Informationszentrum wird ein tDTOA wie folgt verwendet:
tDTOA = t&sub1; - t&sub2;
mit t&sub1; und t&sub2; als Zeitpositionen (datenreduzierte Ankunftszeiten) für jede Zelle in einem Paar von Zellen. Die Peilung kann hiernach in der Weise berechnet werden, die zuvor im Zusammenhang mit der Fig. 4 demonstriert wurde.
In dem Informationszentrum wird die Information von all den Zellen gesammelt, die zu diesem Informationszentrum gehören. die Information umfasst Zeitkorrekturen, wie oben erwähnt, die Ausbreitungszeiten für Taktsignale zwischen Zellen in einem Paar von Zellen enthalten, und Messzeitabweichungen in dem Fall jeder Angleichung eines Takts in einer Slave-Zelle. Das Kriterium für beide Zellen in einem Paar von Zellen, für die angenommen wird, dass sie denselben Sender in dem Fall einer überlappenden Abtastung detektiert haben, besteht darin, dass derselbe Identitätscode (Sender/Sendermodus in Übereinstimmung mit der Identifikation der Zelle, PRI, Pulslänge und zusätzliche Charakteristiken) in einem Messfenster von beiden Zellen berichtet wird. Berichte von Zellen enthaltene Information über die Identität der Sendezelle, den Identitätscode des detektierten Senders, die Ankunftszeit (TOA) und die Fensterzeitzahl für das relevante Messfenster in der zugelassenen Pufferzeit.
Es werden geographische Karten bzw. Abbildungsdaten in dem Informationszentrum zusätzlich zu all den Positionen der Zellen gespeichert, die zu dem Informationszentrum gehören. Das Informationszentrum prüft die Informations- und Messergebnisse von den Zellen im Hinblick auf interessierende Sender. Es wird entschieden, welche Ankunftszeitdaten in einem Paar von Zellen in einem Messfenster von demselben Überlappungsabtastvorgang von einem Sender ausgehen. Es erfolgt eine Bewertung zum Bestimmen, welche Ankunftszeitdaten Peilungen mit ausreichender Qualität für die nachfolgende Positionsbestimmung erzielen. Das Informationszentrum bestimmt dann, welche berechneten und bestätigten Peilungen von angrenzenden Paaren von Zellen wahrscheinlich von demselben Sender ausgehen und ebenso demselben Antennenablenkvorgang (d. h., in dem korrekten Zeitintervall liegen, vom selben Sendetyp sind, etc.). Für diese Bestimmung erfolgt ein Vergleich von Senderprofilen in dem Informationszentrum und ebenso der Wahrscheinlichkeit in dem Abtastmuster, die sich unter Verwendung der Zeiten der jeweiligen Abtastvorgänge von dem Sender ableiten lässt. Das Wahrscheinlichkeitskriterium nimmt an, dass die Paare der Zellen eine Zeit für die Abtastvorgänge in demselben Zeitbasissystem spezifizieren, dass sie jedoch nicht besser angeglichen sein müssen, als Zehntel einer Sekunde. Die Zeitbasis lässt sich zu dieser Genauigkeit unter Verwendung der Kommunikationsverbindungen oder beispielsweise unter Verwendung des Schwedischen Funkzeitsignals oder irgendeinem anderen über Funk übertragenen Zeitsignal/einer anderen über Funk übertragenen Referenz korrigieren. Die Abweichung der angenommenen Quarz-Oszillatoren ist weniger als eine Millisekunde pro Tag.
Eine weitere Entwicklung der Erfindung besteht in der Verwendung von Peilmessstationen mit vier Zellen mit 90º Strahlen, die zusammen 360º abdecken, angeordnet näherungsweise bei den Ecken eines Rechtecks mit der Länge der Messbasis aus einer Seite. Das Paar (die Paare) der Zellen, die in jedem bestimmten Fall am besten (mit größter Amplitude und mit längster Messbasis, projiziert zu rechten Winkeln zu der Linie der Sicht zu dem Target) die Signale empfängt, wird zum Messen der Peilung verwendet.
Die Erfindung ist nicht auf die oben erwähnten Ausführungsformen beschränkt, sondern sie lässt sich in dem Schutzbereich der angefügten Patentansprüche variieren.

Claims

1. Verfahren für die Datenreduktion für die Ankunftszeiten von Radarsignal-Pulszügen, detektiert durch Zellen, wo die Zellen in einem System für die Positionsbestimmung von Teileinheiten enthalten sind, zu einem Informationszentrum, und wo die Pulszüge aus einer Zahl von Pulsen (810, 820, 830, 840) bestehen,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Verfahren die folgenden Schritte enthält:

- Generieren und Markieren eines Zeitfensters (810) mit einer endlichen Zeiterstreckung;

- Berechnen der Ankunftszeiten für Pulse in dem Zeitfenster (710) relativ zu einem Start des Zeitfensters, wodurch Pulsankunftszeiten abgeleitet werden;

- Berechnen einer Pulswiederhol-Intervallschätzung (720) in Zuordnung zu jedem Puls in dem Zeitfenster;

- Sortieren (740) von Pulsen und ihrer Pulsankunftszeiten in Gruppen gemäß ihrer jeweiligen Pulswiederhol-Intervallschätzungen;

- Berechnen eines Pulswiederhol-Intervallwerts (750) pro Gruppe auf der Grundlage der in Gruppen sortierten Pulse;

- Reduzieren (760) - in jeder Gruppe - der Pulsankunftszeiten der Pulse der Gruppe in aufeinanderfolgender Weise um den Pulswiederhol- Intervallwert gemäß der Gruppe, bis alle Pulsankunftszeiten einen Wert zwischen Null und dem Pulswiederhol-Intervallwert haben, gemäß der Gruppe, wodurch datenreduzierte Pulsankunftszeiten hierdurch abgeleitet werden;

- Heranziehen (770) - in jeder Gruppe - des Durchschnittswerts für die datenreduzierten Pulsankunftszeiten pro Gruppe, um hierdurch eine berechnete Ankunftszeitposition pro Gruppe abzuleiten;

- aufeinanderfolgendes Reduzieren (780) der berechneten Ankunftszeitpositionen durch einen Reduzierwert, der die Ausbreitungszeit der Pulse zwischen zwei Zellen in einem Paar von Zellen übersteigt, bis die berechnete Ankunftszeitposition einen Wert annimmt, der größer als Null und kleiner als der Reduktionswert ist, und hierdurch Ableiten einer reduzierten Ankunftszeitposition pro Gruppe.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren auch folgende Schritte enthält:

- Korrelieren reduzierter Ankunftszeitpositionen von zwei Zellen in einem Paar von Zellen zumindest auf der Grundlage der Markierung der Zeitfenster;

- Berechnen - auf der Grundlage von korrelierten reduzierten Ankunftszeitpositionen - einer Peilung für den Sender der Radarsignale relativ zu dem Paar der Zellen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren auch folgende Schritte enthält:

- Korrelieren von Peilungen, die durch unterschiedliche Paare der Zellen berechnet werden;

- Berechnen der Position des Radars, dessen Radarsignale durch Zellen detektiert werden, durch das Informationszentrum anhand von mindestens zwei Peilungen, die korreliert sind.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die reduzierte Ankunftszeitposition zu dem Informationszentrum gesandt wird, für eine Peilung, die zu berechnen ist, über existierende öffentliche Kommunikationsnetze oder andere Kommunikationsnetze, die Teil des gesamten Abwehrsystems sind.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die reduzierte Ankunftszeitposition, berechnet in einer der Zellen eines Paars von Zellen, zu der anderen Zelle in dem Paar von Zellen gesandt wird, für eine zu berechnende Peilung, und dass die berechnete Peilung für das Paar der Zellen zu dem Informationszentrum gesandt wird, durch die andere Zelle über existierende öffentliche Kommunikationsnetze oder andere Kommunikationsnetze, die Teil des gesamten Abwehrsystems sind.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein anfängliches Sortieren der Pulse gemäß der Pulsfrequenz und/oder einer Amplitude ausgeführt wird, bevor die Pulse in Gruppen sortiert werden.

7. Verfahren nach einem der Patentansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrelation auch unter Verwendung zumindest der Parameter der Radarsignale ausgeführt wird, beispielsweise Frequenz, Pulslänge, Kodierung oder Pulswiederholfrequenz.

8. System zum Bestimmen der Position (SP) bestimmter Objekte, von Objekten, die elektromagnetische Signale mit einem geographisch begrenzten und zeitlich variierenden geographischen Umfang erzeugen, in einem Gebiet, wo sich diese Objekte unter Verwendung der ellektromagnetischen Signale detektieren lassen, die die Objekte generieren, dadurch gekennzeichnet, dass das System enthält:

- zumindest ein Informationszentrum (110), ausgerüstet zum Empfangen von Information von Untereinheiten über einen Informationstransfer,

- zumindest vier Zellen (130-139) für jedes Informationszentrum in dem System, wobei diese Zellen als Untereinheiten zu einem Informationszentrum wirken und die Zellen in Zweiereinheiten als Paare von Zellen angeordnet sind, wobei jede Zelle enthält

-- zumindest einen Sensor (270, 271) für die Detektion der elektromagnetischen Signale, wobei der Sensor eine Antenne mit einem zugeordneten Empfänger enthält,

-- einen Echtzeit-Takt für die Erzeugung von Zeitfenstern mit begrenzter Zeiterstreckung,

-- eine Vorrichtung zum Aufzeichnen von Ankunftszeiten für Pulse in einem Pulszug in den detektierten elektromagnetischen Signalen in Relation zu dem Start der Zeitfenster,

-- eine Vorrichtung zum Berechnen einer Pulzzug- Ankunftszeit anhand der aufgezeichneten Ankunftszeiten und für die Datenreduzierung der berechneten Pulszug-Ankunftszeiten durch Modulo-Berechnung, um hierdurch eine Datenreduzierte Ankunftszeit abzuleiten,

-- eine Vorrichtung zum Synchronisieren von Zeitfenstern zwischen Zellen in einem Paar von Zellen, und wobei

das System die Fähigkeit hat, Daten-reduzierte Ankunftszeiten zu korrelieren, von Zellen in Paaren der Zellen, anhand der Charakteristiken der Pulszüge, zum Berechnen von Peilungen anhand der Differenzen der korrelierten Datenreduzierten Ankunftszeiten sowie zum Korrelieren von Peilungen, berechnet anhand der Datenreduzierten Ankunftszeiten von unterschiedlichen Paaren der Zellen, anhand der Absolutzeit und der Charakteristiken der Pulszüge, und um hiernach anhand der korrelierten Peilungen die Positionen der Objekte zu berechnen, deren elektromagnetische Signale durch Zellen in dem System detektiert sind.

9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetischen Signale in dem Funkfrequenzbereich liegen und Radarsignale enthalten.

10. System nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Charakteristiken der Pulszüge zumindest einen Parameter aus entweder der Frequenz, Pulslänge, Kodierung und Pulswiederholfrequenz enthalten.

11. System nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Informationstransfer existierende öffentliche Kommunikationsnetze nützt, oder andere Kommunikationsnetze, die Teil des Gesamtabwehrsystems darstellen, und dass die Datenreduzierten Ankunftszeiten von den Zellen zu ihrem jeweiligen Informationszentrum durch irgendeines der Netze transferiert sind.

12. System nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass bestimmte der Zellen die Fähigkeit haben, von ihrem Informationszentrum durch den Transfer von Information aktiviert und deaktiviert zu werden.

13. System nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet dass das System eine oder mehrere Gruppen enthält, wobei eine oder mehrere Zellen in einer der Gruppen zugewiesen sind, in Übereinstimmung mit bestimmten Kriterien, und wobei die Kriterien, gemäß denen eine Zelle in eine bestimmte Gruppe zugewiesen ist, eines oder mehrere der folgenden enthalten: die Funktion der Zelle, Entwurf der Zelle, Typ des Informationstransfers für die Zelle oder geographische Anordnung der Zelle.

14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass jede Zelle einen eindeutigen Adresscode aufweist und dass jede Zelle, die zu einer Gruppe gehört, eine Gruppenadresse aufweist, die dieselbe für alle Zellen ist, die zu derselben Gruppe gehören.

15. System nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen die Fähigkeit haben, mit neuen Parametern von einem Informationszentrum versehen zu werden, wobei diese Parameter das Objekt definieren und eine Basis für die Entscheidungsvorgänge bilden, die durch die Zelle ausgeführt werden.

16. System nach einem der Patentansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen eine Zahl unterschiedlicher Programme für die Funktion und die Entscheidungsfindung enthalten, und dass ein Informationszentrum die Fähigkeit hat, irgendeine von diesen über den Transfer von Information zu wählen und zu aktivieren.

17. System nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen die Fähigkeit haben, eines oder mehrere neue Programm(e) von einem Informationszentrum zu empfangen und zu speichern.

18. System nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet dass eine oder mehrere der Zellen eine Vorrichtung (250) für eine Zwei-Weg-Kommunikation zwischen einem Informationszentrum und dieser Zelle oder diesen Zellen enthält.

19. System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der Zellen eine Vorrichtung (250) für eine Ein-Weg-Kommunikation zwischen einem Informationszentrum und dieser Zelle oder diesen Zellen enthält, zusätzlich zu der Vorrichtung für die Zwei-Weg- Kommunikation, und dass die Aktivierung und Deaktivierung von Zellen über die Ein-Weg-Kommunikation erfolgt.

20. System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet dass eine oder mehrere der Zellen eine Energieversorgung über Batterien und/oder Solarzellen enthält, und dass jede individuelle Zelle dieser Zellen in einem Standby-Modus mit geringem Energieverbrauch übergeht, zum Einsparen von Energie, während die Zelle nicht aktiviert ist.