ES2602736T3 - Sistema y método para determinar la diferencia de tiempo entre dos plataformas - Google Patents
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Abstract
Método para determinar diferencias de tiempo entre dos o más plataformas (100, 200), incluyendo el método las etapas de: a) transmitir una señal de inicialización desde cada plataforma (100) hasta al menos otra plataforma (200); b) acoplar la señal de inicialización de cada plataforma (100, 200) a un receptor (108, 208) en esa plataforma; c) recibir una señal de inicialización recibida en el receptor (108, 208) en cada plataforma (100) de al menos una plataforma (200) a la que se transmitió una señal de inicialización; d) medir la separación (316, 318) de tiempo entre la señal de inicialización transmitida acoplada y cada señal de inicialización recibida en cada receptor (108, 208); y e) calcular un desfase de tiempo (Δt) entre al menos dos plataformas; caracterizado por las etapas de: sincronizar las dos o más plataformas usando el desfase de tiempo determinado (Δt); recibir una señal de emisor en cada uno de dichos receptores (108, 208); calcular la diferencia de tiempo de llegada de la señal de emisor recibida a las dos o más plataformas (100, 200) sincronizadas; y ubicar el emisor usando la diferencia de tiempo de llegada calculada.
Description
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DESCRIPCION
Sistema y metodo para determinar la diferencia de tiempo entre dos plataformas Campo de la invencion
Esta invencion se refiere a un metodo y un aparato para determinar diferencias de tiempo entre dos o mas plataformas, para sincronizar plataformas, para determinar el tiempo de llegada de una senal a plataformas para ubicar un emisor, y mas particularmente para comparar la diferencia en tiempo de llegada de una senal a dos o mas plataformas.
Los emisores de radiofrecuencia (RF), tales como radares, se han ubicado previamente mediante plataformas individuales que usan un angulo de informacion de llegada. La plataforma mide el angulo de llegada de una emision mientras registra la posicion actual de la plataforma a partir de datos de navegacion. A partir de una segunda posicion, se realiza otra medicion de angulo de llegada. La interseccion de los dos angulos de llegada proporciona la posicion del emisor. Sin embargo, este metodo tiene limitaciones debido a los lfmites de resolucion angular y errores en mediciones de posicion. El lfmite de resolucion angular implica que el emisor esta situado en una orientacion dada dentro de una tolerancia de azimut, es decir el emisor se situa dentro de un arco. Con una medicion angular que cubre azimut y elevacion, el patron de errores de interseccion proporciona un volumen de error en el que se situa el emisor. El volumen de error se conoce con respecto a la posicion de la plataforma en los momentos de medicion. Las posiciones registradas pueden no ser las posiciones reales de la plataforma debido a errores en el sistema de navegacion.
A medida que transcurre una cantidad de tiempo significativa entre las mediciones del angulo de llegada de emision, el emisor podna moverse entre las mediciones, aumentando de ese modo el error en la ubicacion de emisor.
Para evitar tales problemas con el movimiento de plataformas, la medicion de ubicacion necesita realizarse rapida o casi instantaneamente. Por tanto, multiples plataformas separadas geometricamente pueden usar 20 angulos de informacion de llegada para ubicar la posicion de un emisor dentro del error angular de un sistema de este tipo.
Se ha usado una tecnica alternativa con multiples plataformas para resolver la ubicacion a partir de mediciones de diferencia de tiempos de llegada (TDOA). Un sistema tDoA normal usa varios transmisores separados espacialmente que estan sincronizados temporalmente. Cada transmisor transmite una cadena de impulsos identificables. La diferencia de tiempo entre la llegada de las cadenas de impulsos desde las diferentes estaciones posibilita que se calculen hiperbolas de diferencia de tiempos de llegada para cada par de estaciones. Puede calcularse una parte a partir de dos hiperbolas que intersecan siempre y cuando se conozcan las posiciones de los transmisores. Sin embargo, la velocidad de la plataforma durante la medicion puede afectar a la precision del sistema.
De manera similar (a la inversa), la posicion de un emisor puede ubicarse usando tres o mas receptores que estan sincronizados temporalmente y ubicados en posiciones conocidas generando hiperbolas que representan la diferencia de tiempo de llegada de una senal impulsada a los pares de receptores.
La tecnica TDOA proporciona una precision de ubicacion mejorada en una gran distancia con respecto a las tecnicas de interseccion angular, con grupos de antenas que son compatibles con los tamanos de aviones de reaccion modernos.
Las plataformas moviles estan sometidas a efectos relativistas que hacen diffcil determinar la posicion y el tiempo de manera precisa en multiples plataformas aereas separadas espacialmente. Para que las tecnicas TDOA sean viables en plataformas (30) moviles, se requiere un sistema de referencia de espacio y tiempo. Mientras un sistema de satelites de posicionamiento global diferencial (DGPS) proporciona precision de posicion del orden de 0,6 metros en plataformas dinamicas, se requiere un metodo para determinar diferencias de tiempo entre dos o mas plataformas separadas geometricamente para sincronizar las plataformas.
Las tecnicas tradicionales de transferencia de tiempo se usan, por ejemplo, para sincronizar laboratorios. En este caso, un laboratorio transmite la hora local real proporcionada mediante su reloj local a otro laboratorio por medio de un satelite geoestacionario. Un contador en cada laboratorio mide la diferencia de tiempo entre la hora indicada por su reloj local asociado y la hora recibida del reloj remoto asociado con el otro laboratorio con el fin de determinar un desfase de tiempo entre las horas local y remota. Sin embargo, las estaciones terrestres fijas, el procesamiento fuera de lmea y las constantes de larga duracion son habitualmente necesarias para conducir este proceso al igual que con transmisiones a larga distancia y variaciones atmosfericas, requiriendose un promedio de larga duracion para cumplir las precisiones de medicion deseadas. Ademas, se supone que las trayectorias de propagacion estan variando lentamente con el marco de tiempo usado.
Los documentos US-A-4 494 211 (Schwartz et al) del 15 de enero de 1985 y Kirchner: “Two Way Time Transfer Via Communications Satellites' Proceedings del IEEE NY EE.UU. vol 79 no 7, del 1 de julio de 1991 dan a conocer tales metodos y aparato conocidos.
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Por ejemplo, estos documentos dan a conocer un metodo para determinar diferencias de tiempo entre dos o mas plataformas, incluyendo el metodo las etapas de:
a) transmitir una senal de inicializacion desde cada plataforma hasta al menos otra plataforma;
b) acoplar la senal de inicializacion de cada plataforma a un receptor en esa plataforma;
c) recibir una senal de inicializacion recibida en el receptor en cada plataforma de al menos una plataforma a la que se transmitio una senal de inicializacion;
d) medir la separacion de tiempo entre la senal de inicializacion transmitida acoplada y cada senal de inicializacion recibida en cada receptor; y
e) calcular un desfase de tiempo (Dt) entre al menos dos plataformas.
Segun la invencion, se proporciona un metodo de este tipo caracterizado por las etapas de: sincronizar las dos o mas plataformas usando el desfase de tiempo determinado (At); recibir una senal de emisor en cada uno de dichos receptores (108, 208)
calcular la diferencia de tiempo de llegada de la senal de emisor recibida en las dos o mas plataformas (100, 200) sincronizadas;
ubicar el emisor usando la diferencia de tiempo de llegada calculada.
Preferiblemente, las etapas a) y c) del metodo pueden comprender transmitir y recibir senales de inicializacion directamente entre cada plataforma.
Opcionalmente, cada plataforma puede transmitir una senal de inicializacion a y puede recibir una senal de inicializacion recibida de cada una de las otras plataformas.
La senal de inicializacion transmitida desde una plataforma puede diferenciarse de la senal de inicializacion transmitida de al menos otra plataforma. Por ejemplo, la senal de inicializacion puede transmitirse en una frecuencia o anchura de impulso diferente para distinguirla de la senal de inicializacion de otra plataforma.
En una primera realizacion, las etapas d) y e) del metodo pueden comprender las etapas de:
a) medir la separacion de tiempo, en una primera plataforma, entre la senal de inicializacion transmitida acoplada de la primera plataforma y una senal de inicializacion recibida de una segunda plataforma;
b) medir la separacion de tiempo, en la segunda plataforma, entre una senal de inicializacion transmitida acoplada de la segunda plataforma y una senal de inicializacion recibida de la primera plataforma; y
c) dividir la diferencia en las separaciones de tiempo medidas en las etapas f) y g) por dos.
Alternativamente, en una segunda realizacion las etapas d) y e) puede incluir las etapas de:
f) registrar un valor de contador en cada plataforma cuando se transmite una senal de inicializacion;
g) registrar un valor de contador en cada plataforma cuando se recibe una senal de inicializacion recibida; y
h) para cada plataforma, determinar la diferencia entre los valores de contador registrados en las etapas f) y g), restar la diferencia determinada en una plataforma de la diferencia determinada en otra plataforma y dividir el resto por dos.
Preferiblemente, el metodo puede incluir repetir las etapas f), g) y h) para cada plataforma al menos dos veces y promediar los resultados de cada iteracion en cada plataforma.
Los documentos US 6 407 703 B1 (Minter) del 18 de junio de 2002 y US2003/169202 A1 (Krikorian) del 11 de septiembre de 2003, proporcionan un aparato para determinar diferencias de tiempo entre dos o mas plataformas (100, 200) que incluye:
un transmisor (110, 210) dispuesto para generar y transmitir una senal de inicializacion; un receptor (108, 208) dispuesto para generar y transmitir una senal de inicializacion,
un elemento (124, 224) de acoplamiento dispuesto para acoplar cada senal de inicializacion generada mediante un transmisor de una plataforma al receptor (108, 208) asociado con esta plataforma; y
un procesador dispuesto para determinar un desfase de tiempo (At) entre una senal de inicializacion transmitida y
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una senal de inicializacion recibida.
La presente invencion esta caracterizada por que:
el receptor (108, 208) asociado con la plataforma esta dispuesto ademas para recibir una senal de emisor; y porque
el procesador esta dispuesto ademas para sincronizar la plataforma con otra de las dichas dos o mas plataformas usando el desfase de tiempo determinado (Dt), para calcular la diferencia de tiempo de llegada de la senal de emisor recibida a las dos o mas plataformas (100, 200) sincronizadas y para ubicar el emisor usando la diferencia de tiempo de llegada calculada.
El transmisor puede transmitir senales de inicializacion y el receptor puede recibir senales de inicializacion directamente entre cada plataforma.
Preferiblemente, el procesador en cada plataforma dispuesto para determinar un desfase de tiempo entre una senal de inicializacion transmitida y una senal de inicializacion recibida puede incluir:
un temporizador dispuesto para medir la separacion de tiempo, en una primera plataforma, entre la senal de inicializacion transmitida acoplada de la primera plataforma y una senal de inicializacion recibida de una segunda plataforma;
un temporizador dispuesto para medir la separacion de tiempo, en la segunda plataforma entre una senal de inicializacion transmitida acoplada de la segunda plataforma y una senal de inicializacion recibida de la primera plataforma; y
estando el procesador de cada plataforma dispuesto para dividir la diferencia en las separaciones de tiempo medidas tanto en la primera como en la segunda plataforma por dos para proporcionar un valor de desfase.
Alternativamente, el procesador de cada plataforma dispuesto para determinar un desfase de tiempo entre una senal de inicializacion transmitida y una senal de inicializacion recibida puede incluir:
un registrador dispuesto para registrar un valor de contador en cada plataforma cuando se transmite una senal de inicializacion;
un registrador dispuesto para registrar un valor de contador en cada plataforma cuando se recibe una senal de inicializacion recibida; y
el procesador de cada plataforma esta dispuesto para determinar la diferencia entre los valores de contador para una senal de inicializacion transmitida y una senal de inicializacion recibida registrada en esa plataforma, para restar la diferencia registrada en la plataforma de la diferencia registrada en otra plataforma usada para proporcionar la senal de inicializacion recibida y para dividir el resultante por dos para proporcionar un valor de desfase.
Preferiblemente, el procesador en cada plataforma puede disponerse para promediar el valor de desfase a lo largo de conjuntos sucesivos de senales de inicializacion transmitidas y recibidas.
El transmisor puede incluir un generador de impulsos de funcionamiento libre y el generador de impulsos puede disponerse para generar una senal de inicializacion en forma de un impulso.
Una ventaja de tal aparato es que se utiliza un unico receptor en cada plataforma tanto para la vigilancia del espectro como para realizar la determinacion de diferencias de tiempo entre dos o mas plataformas.
Ahora, se describira la invencion, unicamente a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 es una vista esquematica de las partes componentes de un aparato para determinar diferencias de tiempo entre dos o mas plataformas segun un aspecto de la invencion;
la figura 2 ilustra la secuencia de tiempos de intercambios de senales en el sistema de sincronizacion mostrado en la figura 1 con el tiempo t indicado a lo largo de la abscisa; y
la figura 3 muestra un aparato alternativo para determinar diferencias de tiempo entre dos o mas plataformas segun otra realizacion de un aspecto de la invencion.
La figura 1 muestra las partes componentes interconectadas de un aparato para determinar diferencias de tiempo entre dos o mas plataformas segun un aspecto de la invencion. Para posibilitar la sincronizacion de tiempos de dos plataformas 100, 200, cada plataforma tiene un sistema 102, 202 de satelites de posicionamiento global diferencial (DGPS); una referencia 104, 204 atomica, una unidad 106, 206 de sincronizacion; un receptor 108, 208 digital; un transmisor 110, 210; un receptor 112, 212; y un controlador 114, 214 de comunicaciones.
El DGPS 102 en la plataforma 100 proporciona una senal de 1 PPS de un impulso por segundo a su referencia 104 atomica asociada. La referencia 104 atomica, tal como un patron de rubidio, proporciona una senal de 1 PPS a su
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unidad 106 de sincronizacion asociada. Esta senal de 1 PPS se sincroniza con el 1 PPS en la entrada de la referencia 104 atomica y se mantiene a lo largo de cualquier interrupcion del 1 PPS del DGPS 102.
De manera similar, en la plataforma 200, el DGPS 202 proporciona una senal de 1 PPS de un impulso por segundo a su referencia 204 atomica asociada. La referencia 204 atomica, tal como un patron de rubidio, proporciona una senal de 1 PPS a su unidad 206 de sincronizacion asociada. Esta senal de 1 PPS se sincroniza con el 1 PPS en la entrada de la referencia 204 atomica y se mantiene a lo largo de cualquier interrupcion del 1 PPS del DGPS 202.
Haciendo referencia a las figuras 1 y 2, cuando se pide a la plataforma 100 que realice una sincronizacion de tiempo mediante un comando 113 de sincronizacion inicial, la unidad 106 de sincronizacion espera hasta la siguiente aparicion de la senal 302 de 1 PPS desde su referencia 104 atomica asociada, tal como se indica en la escala (100) de tiempo de 1 PPS. Esta aparicion de 1 PPS desencadena un temporizador interno para un corto periodo de tiempo 304. Este corto periodo 304 de tiempo es un margen de seguridad, cuya finalidad es garantizar que la unidad 206 de sincronizacion en la plataforma 200 habra recibido su correspondiente 1 PPS, tal como se muestra en la escala (200) de tiempo de 1 PPS, es decir, el margen de seguridad cubre un periodo mayor que el distribucion de error esperada del 1 PPS para eliminar cualquier ambiguedad de tiempo.
Un mensaje 308, por ejemplo una senal o un impulso, se envfa entonces desde la unidad 106 de sincronizacion por medio del controlador 114 de comunicaciones a lo largo de un enlace 116 de comunicaciones para dar instrucciones, por medio del controlador 214 de comunicaciones, a la unidad 206 de sincronizacion en la plataforma 200 para iniciar una senal de inicializacion, por ejemplo un impulso, en el siguiente caso de 1 PPS de la referencia 204 atomica en la plataforma 200. La transmision del mensaje 308 puede verse en las escalas de tiempo T1 y T2, en las que T1 es el tiempo de la transmision del mensaje 308 desde la plataforma 100 y la escala de tiempo T2 es el tiempo en el que la plataforma 200 recibe el mensaje 308.
Al recibir el siguiente 1 PPS en el momento 310 de su referencia 104 atomica asociada, la unidad 106 de sincronizacion en la plataforma 100 inicia una senal de inicializacion, por ejemplo un impulso, para dar entrada en el modulador 118 de impulsos, generando de ese modo un impulso de transmision a una frecuencia F1 obtenida a partir de una fuente 120 de frecuencias. El impulso de transmision se propaga a traves de un elemento 122 de acoplamiento y se transmite por medio de una antena del transmisor 110. El impulso de transmision se propaga a traves de un medio entre las plataformas 100 y 200, por ejemplo aire atmosferico, experimentando un retraso de propagacion, y se recibe por medio de una antena de receptor 212. Se observara que el impulso de transmision desde la plataforma 100 se vuelve el impulso recibido en la plataforma 200, y este impulso recibido se pasa entonces por medio del elemento 224 de acoplamiento al receptor 208 digital. El impulso de transmision tambien se acopla desde el modulador 118 de impulsos en la plataforma 100 a un atenuador 126 desde el que se dirige por medio de otro elemento 124 de acoplamiento al receptor 108 digital.
En la plataforma 200, la unidad 206 de sincronizacion recibe una senal de 1 PPS de su referencia 204 atomica asociada en el momento 312. Tal como puede verse a partir de la figura 2, la senal de 1 PPS de la plataforma 200, tal como se muestra en la escala (200) de tiempo de 1 PPS, esta desfasada con respecto a la senal de 1 PPS de la plataforma 100, tal como se muestra en la escala (100) de tiempo de 1 PPS mediante separacion 314 de tiempo. La recepcion de la senal de 1 PPS mediante la unidad 206 de sincronizacion activa la generacion de una senal de inicializacion, por ejemplo un impulso, que se usa mediante el modulador 218 de impulsos para dar entrada a una frecuencia F2 desde una fuente 220 de frecuencias a un elemento 222 de acoplamiento, creando de ese modo a impulso de transmision. El impulso de transmision se desplaza desde el elemento 222 de acoplamiento hasta una antena del transmisor 210. A medida que el impulso de transmision se propaga a traves del medio entre las plataformas 100 y 200, a una antena del receptor 112 en la plataforma 100, el impulso de transmision experimenta un retraso de propagacion. Si el impulso de transmision de la plataforma 100 es casi temporalmente smcrono con el impulso de transmision de la plataforma 200, los retrasos de trayectoria de propagacion se cancelaran mediante la ley de reciprocidad. Una vez recibido por la antena del receptor 112, el impulso de transmision de la plataforma 200 se vuelve el impulso recibido en la plataforma 100, y el impulso recibido se dirige por medio del elemento 124 de acoplamiento al receptor 108 digital. El impulso de transmision generado mediante el modulador 218 de impulsos en la plataforma 200 tambien se acopla al atenuador 226 y se pasa por medio del elemento 224 de acoplamiento al receptor 208 digital en la plataforma 200.
Por consiguiente, el flujo de datos en el receptor 108 digital, vease la escala (108) T de tiempo de la figura 2, contiene un impulso de transmision que se origina desde la plataforma 100 y un impulso recibido que se origina desde la plataforma 200, con una separacion 316 de tiempo. El flujo de datos en el receptor 208 digital, vease la escala (208) T de tiempo de la figura 2, contiene un impulso de transmision que se origina desde la plataforma 200 y un impulso recibido que se origina desde la plataforma 100, con una separacion 318 de tiempo. El muestreo a altas velocidades en los receptores 108, 208 digitales se usa para medir cada separacion 316, 318 de tiempo.
La separacion 316 de tiempo se transporta desde el receptor 108 digital de la plataforma 100 hasta el receptor 208 digital de la plataforma 200, por medio de un enlace 128 con el controlador 114 de comunicaciones y el enlace 116 de comunicaciones hasta el controlador 214 de comunicaciones de la plataforma 200 y por medio de un enlace 228 hasta el receptor 208 digital. De manera similar, la separacion 318 de tiempo se transporta desde el receptor 208 digital de la plataforma 200, hasta el receptor 108 digital de la plataforma 100, por medio del enlace 228 con el
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controlador 214 de comunicaciones y el enlace 116 de comunicaciones hasta el controlador 114 de comunicaciones de la plataforma 100 y por medio del enlace 128 hasta el receptor 108 digital.
Suponiendo que el tiempo tornado para propagar un impulso de transmision desde la plataforma 100 hasta la plataforma 200 es el mismo que el tornado para propagar un impulso de transmision desde la plataforma 200 hasta la plataforma 100, el desfase de tiempo At entre las plataformas 100, 200 puede calcularse en cada plataforma 100, 200 dividiendo la diferencia de las separaciones 316 y 318 de tiempo por dos. Las plataformas 100, 200 pueden sincronizarse entonces usando el resultado At.
Una salida procesada del desfase de tiempo At resultante se proporciona en las salidas 130 y 230 respectivamente para las plataformas 100 y 200.
De esta manera, cada plataforma 100, 200 no necesita conocer el tiempo real en cada una de las otras plataformas 100, 200, unicamente las separaciones 316, 318 de tiempo entre impulsos de transmision y impulsos recibidos con el fin de determinar el desfase de tiempo At. Por consiguiente, se reducen los intercambios de mensajes entre las plataformas 100, 200. Aunque esta realizacion se describe usando impulsos de transmision y recibidos, se entendera que pueden usarse otras formas de senales para marcar el tiempo de transmision y tiempo de recepcion de tales senales con el fin de determinar las separaciones 316 y 318 de tiempo.
Ademas, los desfases de tiempos At registrados entre las plataformas 100 y 200 pueden retenerse y promediarse a lo largo de varias iteraciones para proporcionar un promedio del desfase de tiempo At.
Se entendera que la plataforma 200 puede tener tambien un comando de sincronizacion inicial similar al comando 113 de sincronizacion inicial de la plataforma 100, para instigar la sincronizacion de tiempo.
La figura 3 muestra un aparato alternativo para determinar diferencias de tiempo entre dos o mas plataformas segun una realizacion alternativa de la invencion, en la que se han usado las mismas referencias para indicar caractensticas similares a las descritas con referencia a la figura 1. Las unidades 106, 206 de sincronizacion de la realizacion mostrada en la figura 1 se sustituyen por generadores 402, 502 de intervalo de repeticion de impulsos (PRI). Los generadores 402, 502 de PRI accionan los moduladores 118, 218 de impulsos en las plataformas 100, 200. Un flujo continuo de impulsos de transmision se integra en cada receptor 108, 208 digital en cada plataforma y se recibe de cada una de las otras plataformas 100, 200.
El DGPS 102, 202 proporciona datos de posicion y tiempo a los receptores 108, 208 digitales asociados respectivamente por medio de conexiones 404, 504. Usando esta informacion y un intervalo repetitivo de impulsos que es considerablemente mas largo que las diferencias similares entre el tiempo de DGPS para las plataformas 100, 200, pueden identificarse pares de impulsos apropiados en los receptores 108, 208 digitales para las separaciones 316, 318 de tiempo, y por tanto para medir el desfase de tiempo At entre las plataformas 100, 200.
En esta implementacion, el desfase de tiempo At se determina a partir de la diferencia entre los valores de contador de los relojes de contador asociados con cada receptor 108, 208 digital. Cuando se transmite una senal de inicializacion desde una plataforma 100, 200, se registra un valor de contador asociado con esa plataforma 100, 200. Del mismo modo, cuando se recibe una senal de inicializacion recibida en una plataforma 100, 200, se registra el valor del contador asociado con esa plataforma 100, 200. Determinando la diferencia entre los valores de contador registrados en cada plataforma 100, 200 y conociendo el desfase de tiempo At, es posible calcular valores de calibracion para compensar el desfase de contador entre dos o mas plataformas 100, 200.
Ademas, repitiendo el calculo de desfase de tiempo At en cada plataforma 100, 200 varias veces y promediando la diferencia calculada en cada iteracion, puede conseguirse una mejor resolucion que la proporcionada por periodos de muestra enteros.
Por ejemplo, cada medicion de desfase de tiempo At sera diferente debido a la desviacion entre los dos generadores 402, 502 de PRI y por tanto se usa el valor de desfase de tiempo At para observar la diferencia entre los contadores de reloj asociados con cada receptor 108, 208 digital, que se iniciaran de manera mas probable en diferentes puntos en el tiempo. Haciendo referencia a la figura 2, el contador asociado con el receptor 108 digital podna tener, por ejemplo, un valor 2345 cuando se genera el impulso transmitido en la escala (108) T de tiempo y el contador asociado con el receptor 208 digital podna tener, por ejemplo, un valor 6796 cuando se detecta el impulso recibido en la escala (208) T de tiempo. Ademas, el contador asociado con el receptor 208 digital podna tener, por ejemplo, un valor 6789 cuando se genera el impulso transmitido en la lmea (208) T y el contador asociado con el receptor 108 digital podna tener, por ejemplo, un valor 2358 cuando se detecta el impulso recibido en la escala (108) T de tiempo.
Por consiguiente, la diferencia de reloj de contador entre el impulso transmitido de la plataforma 100 y el impulso recibido de la plataforma 200 en la escala (108) T de tiempo sera:
2358-2345 = 13
y la diferencia de reloj de contador entre el impulso transmitido de la plataforma 200 y el impulso recibido de la
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plataforma 100 en la escala (208) T de tiempo sera:
6789-6796 = 7.
Por tanto, trece veces el penodo de reloj de contador del receptor 108 digital de la plataforma 100 proporcionara la separacion 316 de tiempo entre impulsos transmitidos y recibidos en la escala (108) T de tiempo y siete veces el periodo de reloj de contador del receptor 208 digital de la plataforma 200 proporcionara la separacion 318 entre los impulsos transmitidos y recibidos en la escala (208) T de tiempo.
La separacion 316 de tiempo se transporta desde el receptor 108 digital de la plataforma 100 hasta el receptor 208 digital de la plataforma 200, por medio del enlace 128 con el controlador 114 de comunicaciones y el enlace 116 de comunicaciones hasta el controlador 214 de comunicaciones de la plataforma 200 y por medio del enlace 228 hasta el receptor 208 digital. De manera similar, la separacion 318 de tiempo se transporta desde el receptor 208 digital de la plataforma 200 hasta el receptor 108 digital de la plataforma 100, por medio del enlace 228 con el controlador 214 de comunicaciones y el enlace 116 de comunicaciones hasta el controlador 114 de comunicaciones de la plataforma 100 y por medio del enlace 128 hasta el receptor 108 digital.
Por tanto, un procesador de cada receptor 108, 208 digital puede determinar el desfase de tiempo At entre el impulso transmitido de la primera plataforma 100 y el impulso transmitido de la segunda plataforma como:
Ademas, la diferencia entre los contadores de los receptores 100 y 200 digitales puede determinarse como:
Por tanto, conociendo el desfase de tiempo At, puede calibrarse el contador de cada o ambos receptores 108 y 208 digitales, alineando de ese modo el tiempo en cada plataforma 100, 200.
Los generadores 402, 502 de PRI son de funcionamiento libre, es decir no unidos a las referencias 104, 204 atomicas. Se entendera que para activar generadores 402, 502 de PRI de funcionamiento libre, se omite la entrada de 10 MHz a cada generador 402, 502 de PRI ilustrado en la figura 3. En este caso, las senales oscilaran entre sf, lo que mejora la estimacion a mas de un numero entero de muestras y repitiendo las determinaciones de valores de desfase de contador y desfase de tiempo At, debe ser posible producir una calibracion promedio, por ejemplo en el ejemplo proporcionado anteriormente, la diferencia entre los contadores de receptores 100 y 200 digitales pudo determinarse como 4441,21.
Segun una realizacion adicional de la invencion se proporciona un sistema de ubicacion de emisor, que comprende un aparato tal como se muestra o bien en la figura 1 o bien en la figura 2, en el que el DGPS 102 proporciona datos de posicion de la plataforma 100 al receptor 108 digital por medio de la conexion 404 y el DGPS 202 proporciona datos de posicion de la plataforma 200 al receptor 208 digital por medio de la conexion 504.
Se calcula la diferencia de tiempo de llegada de una senal de emisor, por ejemplo un impulso de emisor, a las dos plataformas 100 y 200 sincronizadas. Los datos de posicion de las plataformas 100, 200 en el momento en el que se captura la senal de emisor se usan para generar un hiperboloide en el que debe situarse el emisor. El uso de mas de dos plataformas 100, 200 posibilita generar multiples hiperboloides y determinar la ubicacion del emisor mediante la interseccion de los hiperboloides generados.
Habiendo descrito ahora diversas realizaciones de la invencion, el experto entendera que pueden realizarse numerosas modificaciones.
La frecuencia de portador de los impulsos de transmision intercambiados entre dos plataformas 100, 200 puede ser la misma; la distancia entre las plataformas 100, 200 posibilita distinguir los impulsos de transmision entre sf. Sin embargo, para multiples plataformas 100, 200, el uso de diferentes frecuencias de portador para impulsos de transmision proporciona la capacidad de discriminar entre las plataformas 100, 200. De manera similar, las anchuras de impulso de cada plataforma pueden ser diferentes para ayudar a la determinacion de la plataforma de origen.
Las referencias 104, 204 atomicas mantienen la sincronizacion a lo largo de un marco de tiempo que puede determinarse a partir de la tasa de desviacion esperada entre las referencias 104, 204 atomicas y la consecuencia de efectos relativistas en las plataformas 100, 200. Por consiguiente, puede conducirse la resincronizacion de las plataformas 100, 200 mediante la emision de comandos 113 de sincronizacion iniciales adicionales.
Se entendera que la invencion puede usarse con plataformas estacionarias o moviles, por ejemplo aeronaves.
Claims (15)
- 51015202530354045REIVINDICACIONES1. Metodo para determinar diferencias de tiempo entre dos o mas plataformas (100, 200), incluyendo el metodo las etapas de:a) transmitir una senal de inicializacion desde cada plataforma (100) hasta al menos otra plataforma (200);b) acoplar la senal de inicializacion de cada plataforma (100, 200) a un receptor (108, 208) en esa plataforma;c) recibir una senal de inicializacion recibida en el receptor (108, 208) en cada plataforma (100) de al menos una plataforma (200) a la que se transmitio una senal de inicializacion;d) medir la separacion (316, 318) de tiempo entre la senal de inicializacion transmitida acoplada y cada senal de inicializacion recibida en cada receptor (108, 208); ye) calcular un desfase de tiempo (At) entre al menos dos plataformas; caracterizado por las etapas de:sincronizar las dos o mas plataformas usando el desfase de tiempo determinado (At); recibir una senal de emisor en cada uno de dichos receptores (108, 208);calcular la diferencia de tiempo de llegada de la senal de emisor recibida a las dos o mas plataformas (100, 200) sincronizadas; yubicar el emisor usando la diferencia de tiempo de llegada calculada.
- 2. Metodo segun la reivindicacion 1, en el que las etapas a) y c) comprenden transmitir y recibir senales de inicializacion directamente entre cada plataforma (100, 200).
- 3. Metodo segun las reivindicaciones 1 o 2, en el que cada plataforma transmite una senal de inicializacion a y recibe una senal de inicializacion recibida de cada una de las otras plataformas.
- 4. Metodo segun cualquier reivindicacion anterior, en el que la senal de inicializacion transmitida desde una plataforma se diferencia de la senal de inicializacion transmitida de al menos otra plataforma.
- 5. Metodo segun cualquier reivindicacion anterior, en el que las etapas d) y e) comprenden las etapas de:f) medir la separacion de tiempo, en una primera plataforma, entre la senal de inicializacion transmitida acoplada de la primera plataforma (100) y una senal de inicializacion recibida de una segunda plataforma (200);g) medir la separacion de tiempo, en la segunda plataforma (200) entre una senal de inicializacion transmitida acoplada de la segunda plataforma (200) y una senal de inicializacion recibida de la primera plataforma; yh) dividir la diferencia en las separaciones de tiempo medidas en las etapas f) y g) por dos.
- 6. Metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que las etapas d) y e) incluyen las etapas de:f) registrar un valor de contador en cada plataforma (100, 200) cuando se transmite una senal de inicializacion;g) registrar un valor de contador en cada plataforma (100, 200) cuando se recibe una senal de inicializacion recibida; yh) para cada plataforma (100, 200), determinar la diferencia entre los valores de contador registrados en las etapas f) y g), restar la diferencia determinada en una plataforma (100) de la diferencia determinada en otra plataforma (200) y dividir el resto por dos.
- 7. Metodo segun las reivindicaciones 5 o 6, que incluye repetir las etapas f), g) y h) para cada plataforma (100, 200) al menos dos veces y promediar los resultados de cada iteracion en cada plataforma.
- 8. Metodo de ubicar un emisor que comprende las etapas del metodo segun cualquier reivindicacion anterior, comprendiendo ademas las etapas de: determinar una posicion para al menos dos plataformas (100, 200) en el momento que se recibe cada senal de emisor generada por el emisor en cada plataforma (100, 200); generar un hiperboloide para cada par de plataformas (100, 200) en el que debe situarse el emisor, y determinar la region en la que debe situarse el emisor con respecto a los hiperboloides que intersecan.
- 9. Metodo segun la reivindicacion 8, caracterizado por que las posiciones de plataforma se determinan a partir de datos de satelites de posicionamiento global diferenciales.
- 10. Aparato para determinar diferencias de tiempo entre dos o mas plataformas (100, 200), que incluye:5101520253035un transmisor (110, 210) dispuesto para generar y transmitir una senal de inicializacion; un receptor (108, 208) dispuesto para recibir al menos una senal de inicializacion recibida,un elemento (124, 224) de acoplamiento dispuesto para acoplar cada senal de inicializacion generada mediante un transmisor de una plataforma al receptor (108, 208) asociado con esa plataforma; y un procesador dispuesto para determinar un desfase de tiempo (At) entre una senal de inicializacion transmitida y una senal de inicializacion recibida,caracterizado por que:el receptor (108, 208) asociado con la plataforma esta dispuesto ademas para recibir una senal de emisor; y por queel procesador esta dispuesto ademas para sincronizar la plataforma con otra de las dichas dos o mas plataformas usando el desfase de tiempo determinado (At), para calcular la diferencia de tiempo de llegada de la senal de emisor recibida a las dos o mas plataformas (100, 200) sincronizadas y para ubicar el emisor usando la diferencia de tiempo de llegada calculada.
- 11. Aparato segun la reivindicacion 10, en el que el transmisor transmite senales de inicializacion y el receptor recibe senales de inicializacion directamente entre cada plataforma,
- 12. Aparato segun la reivindicacion 10 o la reivindicacion 11, en el que el procesador de cada plataforma dispuesto para determinar un comienzo de tiempo entre una senal de inicializacion transmitida y una senal de inicializacion recibida incluye: un temporizador dispuesto para medir la separacion de tiempo, en una primera plataforma, entre la senal de inicializacion transmitida acoplada de la primera plataforma y una senal de inicializacion recibida de una segunda plataforma; un temporizador dispuesto para medir la separacion de tiempo, en la segunda plataforma entre una senal de inicializacion transmitida acoplada de la segunda plataforma y una senal de inicializacion recibida de la primera plataforma; y estando el procesador de cada plataforma dispuesto para dividir la diferencia en las separaciones de tiempo medidas tanto en la primera como en la segunda plataforma por dos para proporcionar un valor de desfase.
- 13. Aparato segun la reivindicacion 10 o reivindicacion 11, en el que el procesador de cada plataforma esta dispuesto para determinar un desfase de tiempo entre una senal de inicializacion transmitida y una senal de inicializacion recibida incluye: un registrador dispuesto para registrar un valor de contador en cada plataforma cuando se transmite una senal de inicializacion; un registrador dispuesto para registrar un valor de contador en cada plataforma cuando se recibe una senal de inicializacion recibida, y el procesador de cada plataforma esta dispuesto para determinar la diferencia entre los valores de contador para una senal de inicializacion transmitida y una senal de inicializacion recibida registrada en la plataforma, para restar la diferencia registrada en la plataforma de la diferencia registrada en otra plataforma usada para proporcionar la senal de inicializacion recibida y para dividir el resultante por dos para proporcionar un valor de desfase.
- 14. Aparato segun las reivindicaciones 12 o 13, en el que el procesador en cada plataforma esta dispuesto para promediar el valor de desfase a lo largo de conjuntos sucesivos de senales de inicializacion transmitidas y recibidas.
- 15. Aparato segun la reivindicacion 13 o la reivindicacion 14, en el que el transmisor incluye un generador de impulsos de funcionamiento libre y el generador de impulsos esta dispuesto para generar una senal de inicializacion en forma de un impulso.
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