ES2298985T3 - Sistema repetidor para señales de posicionamiento emitidas por satelites. - Google Patents
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Abstract
Sistema de posicionamiento que utiliza señales de posicionamiento primario emitidas por satélites, pseudolitos o equivalentes, comprendiendo una antena de recepción (2) para recibir una señal de entrada que contiene las señales de posicionamiento primario, un repetidor (3) conectado operativamente a la antena de recepción (2) para procesar la señal de entrada con el fin de producir una pluralidad de señales de posicionamiento secundario, una pluralidad de antenas de transmisión (9a, 9b, 9c, 9d) con posiciones fijas en relación con la antena de recepción (2) y conectada operativamente al repetidor (3), transmitiendo cada una de las antenas de transmisión (9a, 9b, 9c, 9d) una de las señales de posicionamiento secundario, y al menos un receptor (13) susceptible de recibir y procesar señales de posicionamiento primario para determinar su posición a partir de ellas y adaptado además para recibir y procesar dichas señales de posicionamiento secundario a fin de determinar su posición a partir de ellas, caracterizado por el hecho de que cada señal de posicionamiento secundario se distingue de las demás señales de posicionamiento secundario por medio de una frecuencia portadora específica distinta de las frecuencias portadores de las señales de posicionamiento primario.
Description
Sistema repetidor para señales de
posicionamiento emitidas por satélites.
El presente invento hace referencia a un sistema
de posicionamiento en el que un receptor utiliza señales emitidas
por satélites, pseudolitos y similares para establecer su posición.
Los sistemas conocidos de este tipo son el sistema GPS y el sistema
GLONASS.
Muchas veces, la posición de un receptor debe
establecerse en lugares donde las fuentes de las señales de
posicionamiento primario que emiten, en particular, los satélites
quedan ocultas a la vista y, como consecuencia, las señales son muy
débiles o prácticamente inexistentes, por ej., en bosques,
edificios, minas etc. Se han desarrollado varios métodos que
permiten determinar la posición en estas circunstancias. En los
sistemas conocidos de tipo genérico (véase G.-I. Jee et al.,
"Indoor Positioning using TDOA Measurements from Switching GPS
Repeater", ION GNSS 2004, pp. 1970-1976 o J.
Caratori et al., "Upgrade RnS Indoor Positioning System in
an Office Building", ION GNSS 2004, pp.
1959-1969) se producen varias señales de
posicionamiento secundario y cada una se trasmite por la respectiva
antena de transmisión. En cada caso, la señal de posicionamiento
secundario corresponde a la señal de entrada, limitada a un
intervalo de tiempo determinado asignado específicamente a la señal
en cuestión.
En este sistema, los intervalos de tiempo deben
asignarse en una posición central y el receptor o receptores deben
sincronizarse con las transiciones entre señales de posicionamiento
secundario posteriores. El sistema es relativamente complicado y
requiere un hardware caro. Como la señal de entrada es repetida por
las antenas de transmisión fundamentalmente sin cambios, no se
puede excluir una perturbación de los receptores exteriores o
interiores próximos susceptibles de procesar señales de
posicionamiento primario débiles. US 5.815.114 revela un sistema de
posicionamiento de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
US 5.438.337 revela un aparato de retransmisión para sistemas de
posicionamiento primario (GPS) que produce señales de
posicionamiento secundario que se distinguen de las señales
primarias gracias a una única frecuencia portadora específica
distinta a la de las frecuencias portadoras de las señales de
posicionamiento primario.
El objeto del presente invento es ofrecer un
sistema de tipo genérico que es sencillo y, en particular, no
requiere una administración central de las antenas de transmisión ni
la sincronización del receptor.
Otro objeto del invento es ofrecer un sistema
que no produce señales que pudieran interferir con las señales de
posicionamiento primario emitidas por satélites, pseudolitos o
similares.
Estos objetos se obtienen utilizando las
características de la parte caracterizadora de la reivindicación
1.
El sistema de acuerdo con el invento se puede
llevar a cabo con facilidad de tal manera que no se requiere una
licencia para su uso porque sólo se utilizan señales cuyo espectro
está dentro de una banda ISM, en concreto en la banda ISM de 2,4
GHz.
A continuación, se describe el invento en más
detalle con referencia a los dibujos que muestran una forma de
realización del invento en el que:
La figura 1 muestra esquemáticamente un sistema
de posicionamiento de acuerdo con el invento; y
La figura 2 muestra con algo más de detalle,
pero aún así esquemáticamente, el receptor del sistema que se
muestra en la figura 1.
Se monta una antena de recepción 2 en el tejado
de un edificio 1 para la recepción de señales de posicionamiento
primario que por lo general provienen de satélites GPS, pero que
también pueden proceder en parte de pseudolitos y dispositivos
similares. Se conecta con un cable RF a un repetidor 3 que comprende
un filtro pasabanda 4 y un amplificador con bajo nivel de ruidos 5
cuya salida se conecta a cuatro circuitos de conversión paralelos
6a-d. Cada circuito de conversión
6a-d comprende un oscilador 7 que produce una señal
de conversión de forma senoidal con una frecuencia fija específica
y un mezclador 8 para mezclar la misma con la señal de salida de un
amplificador con bajo nivel de ruidos 5.
\newpage
Cada salida de los circuitos de conversión
6a-d se conecta con un cable RF a una de las antenas
de transmisión 9a, b, c, d, que se montan en lugares fijos dentro
del edificio 1 a través de uno de los circuitos de transmisión 10a;
b; c; d. Cada uno de estos últimos contiene un interfaz que lo
conecta a un cable LAN 11 y permite convertir los datos recibidos a
través del mismo en formato WLAN 802.11 y viceversa respecto a los
datos transmitidos en dirección opuesta, de modo que cada antena de
transmisión 9a-d sirve al mismo tiempo de punto de
acceso WLAN.
Las señales combinadas 12a-d que
contienen una señal de posicionamiento secundario, además de
componentes WLAN, se transmiten por las antenas de transmisión
9a-d y se reciben en un receptor 13. Este último
comprende (véase la figura 2) una antena receptora 14 que se
conecta a un frontal de RF para preprocesar las señales de RF
recibidas, comprendiendo el frontal de RF una primera parte 16a que
contiene un amplificador de bajo nivel de ruidos y una segunda
parte 16b. Un circuito de conversión inversa 15 comprende un
sintetizador 17 que produce una señal de conversión inversa de
forma senoidal y un mezclador 18 entre la primera parte 16a y la
segunda parte 16b del frontal de RF para mezclar la misma con la
señal de la antena receptora 14. La señal preprocesada y convertida
a la inversa procedente de la antena receptora 14 se suministra a un
descodificador GPS 19 y la señal simplemente preprocesada pero no
convertida a la inversa a un descodificador WLAN 20.
Las potencias de salida del descodificador GPS
19 y del descodificador WLAN 20 se suministran a un controlador 21,
que extrae los datos a partir de los cuales se define la posición
del receptor 13 y controla una pantalla 22 que permite al usuario
acceder a ellos. El controlador 21 controla asimismo un sintetizador
17 de tal forma que la señal de conversión inversa adopta las
frecuencias de las señales de conversión producidas por los
osciladores 7 en los circuitos de conversión 6a-d en
una secuencia cíclica, cada una durante un intervalo de tiempo fijo
de, por ejemplo, entre 0,3 s y 0,5 s. Para un uso normal del
receptor 13, en particular en el exterior, el controlador 21 puede
inactivar el sintetizador 17.
La antena de recepción 2 recibe las señales de
posicionamiento primario de varios satélites y posiblemente de
pseudolitos o similares. Esta señal de entrada, cuya frecuencia
portadora está cerca de la frecuencia GPS de 1,572 GHz se filtra en
un filtro pasabanda 4 y se amplifica con un amplificador con bajo
nivel de ruidos 5. Seguidamente, los circuitos de conversión
6a-d realizan una conversión ascendente de la
frecuencia portadora y la pasan a cuatro frecuencias diferentes de
la banda ISM de 2,4 GHz, mientras que las señales no se modifican
de otro modo sino que se ajustan -aparte de ser filtradas y
amplificadas- básicamente a la señal de entrada recibida por la
antena de recepción 2. Después, se suministra cada una de estas
señales de posicionamiento secundario a uno de los circuitos de
transmisión 10a, b, c, d, donde se superpone una señal WLAN y la
señal combinada 12a, b, c, d sale por la respectiva antena de
transmisión 9a, b, c, d. La señal WLAN está en formato 802.11 con
una frecuencia portadora también en la banda ISM de 2,4 GHz y
contiene datos como las posiciones de las antenas de transmisión
9a-d y los tiempos de retardo de la señal asociados
a cada una de ellas. Los espectros de las señales de
posicionamiento secundario, así como las de las señales WLAN están
en la banda ISM de 2,4 GHz y, por lo tanto, distan mucho del
espectro de las señales de posicionamiento primario. No existe
prácticamente ningún riesgo de interferencia.
En el receptor 13, la superposición de señales
combinadas 12a-d es recibida por en la antena
receptora 14, se amplifica en la primera parte 16a del frontal de
RF, luego se realiza una conversión descendente y sus frecuencias
portadoras se vuelven a poner en los valores originales próximos a
1,572 GHz, y la señal resultante, tras haber vuelto a ser
preprocesada en la segunda parte 16b del frontal de RF, se
suministra al descodificador GPS 19, donde se filtra y analiza. Al
mismo tiempo, la señal no convertida va, también a través del
frontal de RF 16a, b, a un descodificador WLAN 20 donde se extraen
los datos pertinentes, en particular las posiciones de las antenas
de transmisión 9a-d y los tiempos de retardo de la
señal asociados a ellas y se suministran al controlador 21.
La conversión inversa de las señales combinadas
12a-d se realiza mezclando la señal recibida por la
antena receptora 14 con la señal de conversión inversa del
sintetizador 17 que corresponde a cada señal de conversión
producida por los osciladores de los circuitos de conversión 6a, b,
c, d durante el intervalo de tiempo que tienen asignado. Como
consecuencia, durante su respectivo intervalo de tiempo, la
frecuencia portadora del componente GPS de, por ejemplo, la señal
combinada 12a trasmitida por la antena de transmisión 9a que se
ajusta a la señal de entrada de la antena de recepción 2, se vuelve
a convertir y recupera su frecuencia portadora original.
A continuación, el componente GPS convertido a
la inversa de la señal combinada 12a se aísla y analiza en el
descodificador GPS 19, mientras se suprimen los componentes GPS de
las señales combinadas 12b, c, d de las antenas de transmisión 9b,
c, d. El análisis ofrece los datos de posición -los de la antena de
recepción 2-, así como una desviación del reloj que se suministra
al controlador 21. Al pasar de la señal combinada 12a a la señal
combinada 12b, cambiando como corresponde la frecuencia de la señal
de salida del sintetizador 17, el controlador 21 hará que el
descodificador GPS 19 analice el componente GPS de la señal
combinada 12b, que ofrecerá los mismos datos de posición pero por
lo general una desviación del reloj diferente. A partir de las
diferencias de desviación del reloj -corregidas para los tiempos de
retardo de la señal- que se obtienen de cambiar cíclicamente entre
las señales combinadas 12a-d, así como de las
posiciones conocidas de las antenas de transmisión
9a-d, se puede determinar la posición del receptor
13 mediante un algoritmo del tipo utilizado en los cálculos TDOA
convencionales. Si el sintetizador 17 no está activado, el receptor
13 funciona como un receptor de GPS normal.
La utilidad del invento no se limita a la
aplicación descrita más arriba. En concreto, también puede
utilizarse en objetos móviles más grandes como barcos, trenes,
aeroplanos, etc. en los que la posición de la antena de recepción
no es fija.
- 1
- edificio
- 2
- antena de recepción
- 3
- repetidor
- 4
- filtro pasabanda
- 5
- amplificador con bajo nivel de ruidos
- 6a-d
- circuitos de conversión
- 7
- oscilador
- 8
- mezclador
- 9a-d
- antenas de transmisión
- 10a-d
- circuitos de transmisión
- 11
- cable LAN
- 12a-d
- señales combinadas
- 13
- receptor
- 14
- antena receptora
- 15
- circuito de conversión inversa
- 16a, b
- primera parte, segunda parte del frontal de RF
- 17
- sintetizador
- 18
- mezclador
- 19
- descodificador GPS
- 20
- descodificador WLAN
- 21
- controlador
- 22
- pantalla.
Claims (10)
1. Sistema de posicionamiento que utiliza
señales de posicionamiento primario emitidas por satélites,
pseudolitos o equivalentes, comprendiendo una antena de recepción
(2) para recibir una señal de entrada que contiene las señales de
posicionamiento primario, un repetidor (3) conectado operativamente
a la antena de recepción (2) para procesar la señal de entrada con
el fin de producir una pluralidad de señales de posicionamiento
secundario, una pluralidad de antenas de transmisión (9a, 9b, 9c,
9d) con posiciones fijas en relación con la antena de recepción (2)
y conectada operativamente al repetidor (3), transmitiendo cada una
de las antenas de transmisión (9a, 9b, 9c, 9d) una de las señales
de posicionamiento secundario, y al menos un receptor (13)
susceptible de recibir y procesar señales de posicionamiento
primario para determinar su posición a partir de ellas y adaptado
además para recibir y procesar dichas señales de posicionamiento
secundario a fin de determinar su posición a partir de ellas,
caracterizado por el hecho de que cada señal de
posicionamiento secundario se distingue de las demás señales de
posicionamiento secundario por medio de una frecuencia portadora
específica distinta de las frecuencias portadores de las señales de
posicionamiento primario.
2. Sistema de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que el espectro de frecuencias
de cada señal de posicionamiento secundario está dentro de una banda
ISM, preferentemente en la banda ISM de 2,4 GHz.
3. Sistema de acuerdo con la reivindicación 1 o
2, caracterizado por el hecho de que cada señal de
posicionamiento secundario se ajusta, aparte de a su frecuencia
portadora, a la señal de entrada recibida por la antena de
recepción (2).
4. Sistema de acuerdo con la reivindicación 3,
caracterizado por el hecho de que el repetidor (3) comprende
una pluralidad de circuitos de conversión (10a, 10b, 10c, 10d), cada
uno con al menos un oscilador (7) que permite producir una señal de
conversión de forma senoidal, y al menos un mezclador (8) para
mezclar una señal derivada de la señal de entrada con la señal de
conversión que permite producir una de las señales de
posicionamiento secundario.
5. Sistema de acuerdo con la reivindicación 4,
caracterizado por el hecho de que al menos un receptor (13)
comprende un circuito de conversión inversa (15) como mínimo, con un
sintetizador (17) para producir una señal de conversión inversa de
forma senoidal, y al menos un mezclador (18) para mezclar una señal
que contiene una de las señales de posicionamiento secundario a fin
de volver a cambiar su frecuencia portadora a la frecuencia
portadora de la señal de entrada.
6. Sistema de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por el hecho de que
cada señal de posicionamiento secundario se procesa durante un
intervalo de tiempo fijo, una detrás de otra cíclicamente.
7. Sistema de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por el hecho de que al
menos un receptor (13) establece las diferencias de desviación del
reloj entre varias señales de posicionamiento secundario y calcula
su posición a partir de tales diferencias de desviación del reloj y
de las posiciones conocidas de las respectivas antenas de
transmisión (9a, 9b, 9c, 9d).
8. Sistema de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por el hecho de que al
menos una de las antenas de transmisión (9a, 9b, 9c, 9d) también
transmite datos de posición, en particular las posiciones de la
antena de transmisión, y al menos un receptor (13) procesa los datos
de posición, utilizándolos para determinar su posición.
9. Sistema de acuerdo con la reivindicación 8,
caracterizado por el hecho de que las antenas de transmisión
(9a, 9b, 9c, 9d) sirven asimismo de puntos de acceso de una WLAN y
por el hecho de que la transmisión de los datos de posición se
ajusta al protocolo 802.11.
10. Sistema de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por el hecho de que las
antenas de transmisión (9a, 9b, 9c, 9d) están dentro de un objeto
grande, en particular un edificio (1), tren, barco o similar y la
antena de recepción (2) está ubicada en el exterior, en particular
en un tejado de ese objeto.
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