ES2903303T3 - Procedimiento de geolocalización de un emisor, sistema de geolocalización y producto de programa informático asociados - Google Patents

Procedimiento de geolocalización de un emisor, sistema de geolocalización y producto de programa informático asociados Download PDF

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Abstract

Procedimiento de geolocalización de un emisor (11) de señales radioeléctricas por al menos dos drones (16, 18), incluyendo cada dron (16, 18) un módulo de comunicación (12, 14) capaz de recibir señales radioeléctricas obtenidas del emisor (11); comprendiendo el procedimiento las etapas siguientes; - adquisición (110, 120) de una pluralidad de medidas por cada uno de los drones (16, 18) en desplazamiento, de manera que cada pluralidad de medidas comprende medidas de potencias de señales radioeléctricas recibidas del emisor (11) y al menos un tipo de medidas elegido en un primer grupo que consiste en: - medidas de direcciones de llegada de las señales radioeléctricas recibidas del emisor (11); - medidas de instantes de llegada de una secuencia de señal de tipo predeterminado obtenida del emisor (11); y - medidas de frecuencias de llegada de una pluralidad de secuencias de señal de tipo predeterminado obtenidas del emisor (11); - análisis (140) del conjunto de las medidas adquiridas y determinación de la posición relativa del emisor (11) con respecto a uno de los drones (16, 18); - determinación (150) de la posición absoluta del emisor (11) en función de dicha posición relativa y de la posición absoluta del dron correspondiente (16, 18); caracterizado porque la etapa (140) de análisis del conjunto de las medidas comprende la determinación de la diferencia de las medidas de potencia adquiridas por los distintos drones (16, 18) en los mismos instantes; de manera que la etapa (140) de análisis del conjunto de las medidas comprende, además: la determinación de al menos un tipo de diferencia elegido en un segundo grupo que consiste en: - diferencia de las medidas de instantes de llegada adquiridas por los distintos drones (16, 18) y que corresponden a las mismas secuencias de señal de tipo predeterminado; y - diferencia de las medidas de frecuencias de llegada adquiridas por los distintos drones (16, 18) y que corresponden a las mismas pluralidades de secuencias de señal de tipo predeterminado; y/o la implementación de una técnica de triangulación usando las medidas de direcciones de llegada adquiridas por los distintos drones (16, 18) en los mismos instantes.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento de geolocalización de un emisor, sistema de geolocalización y producto de programa informático asociados
[0001] La presente invención se refiere a un procedimiento de geolocalización de un emisor.
[0002] La presente invención se refiere también a un sistema de geolocalización y a un producto de programa informático asociados. Este sistema permite en particular geolocalizar un emisor dispuesto por ejemplo en el suelo por al menos dos drones.
[0003] Por «dron» se entiende un artefacto volador en la atmósfera terrestre y que puede pilotarse al menos parcialmente de manera autónoma y/o remota.
[0004] En el estado de la técnica, se sabe usar drones para geolocalizar uno o varios emisores dispuestos por ejemplo en el suelo.
[0005] El emisor es capaz de emitir señales radioeléctricas.
[0006] Analizando las señales emitidas por el emisor y recibidas por al menos dos drones que se encuentran suficientemente lejos uno del otro, en general es posible determinar la posición exacta del emisor.
[0007] Para ello, el estado de la técnica propone en particular una técnica conocida por el acrónimo inglés TDOA («Time Difference Of Arrival») que usa la diferencia de los instantes de recepción por diferentes drones de las señales radioeléctricas de tipo predeterminado obtenida del emisor y las posiciones conocidas de estos drones.
[0008] Esta técnica se describe por ejemplo en los documentos de Wang Zhonghai y col.: «A low-cost, nearreal-time two-UAS-based UWB emitter monitoring system» y Dehghan Seyyed M Mehdi y col.: «Optimal path planning for DRSSI based localization of an RF source by multiple UAVs».
[0009] Sin embargo, esta técnica no es completamente satisfactoria, dado que la emisión de estas señales debe hacerse en una banda ancha para que el emisor sea observable.
[0010] Existe también una técnica conocida por el acrónimo inglés FDOA («Frequency Difference Of Arrival») que usa la diferencia de frecuencias de llegada de las señales radioeléctricas de tipo predeterminado hacia distintos drones y las posiciones conocidas de estos drones.
[0011] Sin embargo, esta técnica tampoco es satisfactoria, ya que en general se requiere una emisión de larga duración para que el emisor sea observable según esta técnica.
[0012] Existen finalmente técnicas que combinan estas dos técnicas, pero ello no permite resolver completamente los inconvenientes citados.
[0013] La presente invención tiene como objetivo proponer un procedimiento de geolocalización de un emisor que permita determinar la posición del emisor de manera especialmente precisa y con independencia del tipo de señales emitidas por el emisor.
[0014] Para este fin, la invención tiene por objetivo un procedimiento de geolocalización según la reivindicación 1.
[0015] Según otros aspectos ventajosos de la invención, el procedimiento comprende una o varias de las características según las reivindicaciones dependientes del procedimiento.
[0016] La invención tiene también por objetivo un producto de programa informático que incluye instrucciones de software que, cuando son implementadas por un equipo informático, implementan el procedimiento tal como se define anteriormente.
[0017] La invención tiene también por objetivo un sistema de geolocalización de un emisor que incluye dos módulos de comunicación a bordo de distintos drones y configurados para implementar el procedimiento tal como se describe anteriormente.
[0018] Estas características y ventajas de la invención se desprenderán de la lectura de la descripción que se ofrece a continuación, proporcionada únicamente a modo de ejemplo no limitativo, y hecha en referencia a los dibujos anexos, en los que:
- la figura 1 es una vista esquemática de un sistema de geolocalización de un emisor según la invención; y
- la figura 2 es un organigrama de un procedimiento de geolocalización del emisor de la figura 1, de manera que el procedimiento es implementado por el sistema de la figura 1.
[0019] El sistema de geolocalización 10 de un emisor 11 según la invención se ilustra esquemáticamente en la figura 1.
[0020] El emisor 11 está dispuesto por ejemplo en el suelo de forma fija o móvil. Corresponde por ejemplo a una baliza de observación asociada a un objeto de interés.
[0021] El emisor 11 es capaz de emitir señales radioeléctricas.
[0022] Además, de forma opcional, entre las señales radioeléctricas emitidas por el emisor 11, algunas señales corresponden a una o varias secuencias de señal de tipo conocido y predeterminado que pueden ser detectadas por el sistema 10 como se explicará a continuación. Estas secuencias de señal de tipo conocido corresponden por ejemplo a secuencias de aprendizaje de los canales de sincronización.
[0023] En referencia a la figura 1, el sistema 10 incluye dos módulos de comunicación 12 y 14 a bordo de distintos drones, respectivamente 16 y 18.
[0024] Como se menciona anteriormente, se entiende por «dron» un artefacto volador en la atmósfera terrestre y que puede pilotarse al menos parcialmente de manera autónoma y/o remota. Dicho dron es por ejemplo de alas fijas o giratorias.
[0025] En lo sucesivo, el dron 16 se denomina dron principal y en lo sucesivo el dron 18 se denomina dron secundario.
[0026] Cada módulo de comunicación 12, 14 es capaz de recibir señales radioeléctricas obtenidas del emisor 11 y, opcionalmente, de enviar señales radioeléctricas hacia este emisor 11.
[0027] Los módulos de comunicación 12, 14 son capaces además de establecer una conexión de datos entre sí que está configurada para transmitir datos entre estos módulos en la forma de señales radioeléctricas.
[0028] En particular, cada módulo de comunicación 12, 14 incluye una antena 22, 24 y una unidad de tratamiento 32, 34.
[0029] Cada antena 22, 24 es capaz de emitir y de recibir señales radioeléctricas e incluye al menos un elemento aéreo. Según un ejemplo de realización, cada antena 22, 24 incluye además una pluralidad de antenas elementales dispuestas según una configuración geométrica predeterminada en una superficie. Cada antena elemental es capaz de medir la potencia, la amplitud, la frecuencia y la fase de las señales radioeléctricas recibidas.
[0030] En el caso en que cada antena 22, 24 incluye varios elementos aéreos y una pluralidad de antenas elementales, analizando como mínimo las medidas de fase y la configuración geométrica de la disposición de las antenas elementales, es capaz de determinar, por un procedimiento de goniometría conocido de por sí, la dirección de la que provienen las señales radioeléctricas recibidas.
[0031] Cada unidad de tratamiento 32, 34 es capaz de generar al menos algunas de las señales radioeléctricas destinadas a ser emitidas por la antena correspondiente 22, 24 y de analizar al menos algunas de las señales radioeléctricas recibidas por esta antena como se explicará a continuación.
[0032] Además, cada unidad de tratamiento 32, 34 es capaz de determinar la posición exacta del dron correspondiente 16, 18 usando señales radioeléctricas obtenidas de uno y de varios sistemas de posicionamiento por satélite también conocidos por las siglas en inglés GNSS (de «Global Navigation Satellite System»).
[0033] Como variante, cada unidad de tratamiento 32, 34 es capaz de determinar la posición del dron correspondiente 16, 18 usando cualquier otro medio conocido de por sí.
[0034] Cada unidad de tratamiento 32, 34 se presenta por ejemplo al menos parcialmente en la forma de un miniordenador provisto de un procesador y de una memoria. Esta memoria es capaz especialmente de almacenar una pluralidad de programas de software ejecutables por el procesador.
[0035] Como variante o como complemento, la unidad de tratamiento 32 se presenta al menos parcialmente en la forma de uno o de varios circuitos programables, por ejemplo, de tipo FPGA (del inglés «Field-Programmable Gate Array»).
[0036] Finalmente, según un ejemplo de realización, cada módulo de comunicación 12, 14 incluye además un reloj interno que puede sincronizarse con un reloj de referencia por ejemplo de un sistema GNSS o con el reloj del otro módulo de comunicación 12, 14 por medio especialmente de la conexión de datos establecida entre estos módulos.
[0037] A continuación, se ampliará la explicación del procedimiento de geolocalización del emisor 11 implementado por el sistema de geolocalización 10 según la invención en referencia a la figura 2 que presenta un organigrama de sus etapas.
[0038] Inicialmente, los drones 16, 18 vuelan cerca del emisor 11, es decir, en una zona en la cual las antenas 22, 24 de estos drones son capaces de recibir al menos algunas de las señales radioeléctricas emitidas por el emisor 11.
[0039] El emisor 11 emite por ejemplo señales radioeléctricas de manera permanente, lo que incluye opcionalmente secuencias de señal de tipo predeterminado.
[0040] Los drones 16, 18 siguen por ejemplo una trayectoria predeterminada que puede ser modificada cuando las antenas correspondientes detectan señales que provienen del emisor 11. En este caso, los drones 16, 18 se desplazan según una trayectoria predeterminada alrededor del emisor 11.
[0041] Además, las trayectorias de desplazamiento de los drones 16, 18 se eligen de tal manera que los drones 16, 18 estén separados unos de otros por una distancia significativa con respecto a las distancias que separan cada uno de los drones 16, 18 del emisor 11.
[0042] Por «distancia significativa» con respecto a otra distancia se entiende una distancia igual a al menos el 10% de esta otra distancia.
[0043] Durante las etapas iniciales 110 y 120 del procedimiento implementadas por ejemplo en paralelo por los módulos de comunicación 12, 14 de los drones 16, 18, el módulo de comunicación 12, 14 correspondiente adopta una pluralidad de medidas.
[0044] Cada pluralidad de medidas comprende medidas de potencias de señales radioeléctricas recibidas del emisor 11 y al menos un tipo de medidas elegido en un primer grupo que consiste en:
- medidas de direcciones de llegada de las señales radioeléctricas recibidas del emisor;
- medidas de instantes de llegada de una secuencia de señal de tipo predeterminado obtenida del emisor; y
- medidas de frecuencias de llegada de una pluralidad de secuencias de señal de tipo predeterminado obtenidas del emisor.
[0045] Las medidas de potencia y de direcciones de llegada se efectúan usando las antenas 22, 24 correspondientes y, opcionalmente, las antenas elementales de estas antenas. Las medidas de potencia corresponden por ejemplo a valores conocidos por el acrónimo inglés RSSI («Received Field Strength Indicator»).
[0046] Las medidas de instantes de llegada y de frecuencias de llegada son efectuadas usando el reloj del módulo de comunicación correspondiente 12, 14.
[0047] Además, como se describe anteriormente, las señales radioeléctricas emitidas por el emisor 11 y que corresponden a las secuencias de señal de tipo predeterminado son reconocidas por el módulo de comunicación correspondiente 12, 14 como secuencias de este tipo lo que le permite activar las medidas de los instantes de su llegada y/o de las frecuencias de su llegada.
[0048] Según un ejemplo de realización, cada pluralidad de medidas comprende el conjunto de tipos de medida del primer grupo.
[0049] Durante la etapa 130 siguiente, el módulo de comunicación 14 del dron secundario 18 transmite la pluralidad de medidas adquirida en el módulo de comunicación 12 del dron principal 16, opcionalmente con su posición actual. Esta posición es determinada por ejemplo por la unidad de tratamiento 34 de este dron secundario 18 usando señales obtenidas de uno o de varios sistemas GNSS.
[0050] Durante la etapa 140 siguiente, la unidad de tratamiento 32 del dron principal 16 analiza la pluralidad de medidas adquiridas por este dron así como la pluralidad de medidas transmitidas por el módulo de comunicación 14 del dron secundario 18, con el fin de determinar la posición relativa del emisor 11 con respecto por ejemplo al dron principal 16.
[0051] Para ello, la unidad de tratamiento 32 determina en particular la diferencia de las medidas de potencia adquiridas por los módulos de comunicación 12, 14 en los mismos instantes.
[0052] La unidad de tratamiento 32 determina también al menos un tipo de diferencia elegido en un segundo grupo que consiste en:
- diferencia de las medidas de instantes de llegada adquiridas por los módulos de comunicación 12, 14 y que corresponden a las mismas secuencias de señal de tipo predeterminado; y
- diferencia de las medidas de frecuencias de llegada adquiridas por los módulos de comunicación 12, 14 y que corresponden a las mismas pluralidades de secuencias de señal de tipo predeterminado.
[0053] Según un ejemplo de realización, la unidad de tratamiento 32 determina las diferencias de cada tipo del segundo grupo, cuando las medidas correspondientes están disponibles.
[0054] Después, la unidad de tratamiento 32 usa el conjunto de las diferencias determinadas, así como la distancia que separa los drones 16, 18 para determinar la posición relativa del emisor 11. La distancia que separa los drones 16, 18 se determina usando las posiciones conocidas de los dos drones. Al igual que la posición del dron secundario 18, la posición del dron principal 16 es determinada por la unidad de tratamiento 32 correspondiente a partir de uno o varios sistemas GNSS o a partir de un procedimiento de geolocalización alternativo.
[0055] La localización de los emisores 11 se obtiene por un procedimiento de localización híbrido que aprovecha las diferentes medidas, así como el desplazamiento de los drones.
[0056] En particular, usando la diferencia de las medidas de potencia, la unidad de tratamiento 32 implementa una técnica conocida por el acrónimo inglés PDOA («Power Difference Of Arrival»).
[0057] Usando la diferencia de las medidas de instante de llegada, la unidad de tratamiento 32 implementa así una técnica conocida por el acrónimo inglés TDOA («Time Difference Of Arrival»).
[0058] Determinando la diferencia de las medidas de frecuencias de llegada, la unidad de tratamiento 32 implementa así una técnica conocida por el acrónimo inglés FDOA («Frequency Difference Of Arrival»).
[0059] Finalmente, según un ejemplo de realización, durante esta etapa 140, la unidad de tratamiento 32 usa también las posibles medidas de direcciones de llegada e implementa así una técnica conocida de triangulación, en particular si la goniometría solo suministra el azimut o si el emisor está bastante alejado de los drones, o de localización por intersección de un modelo de tierra con posibles goniometrías de azimut y sitio.
[0060] Durante la etapa 150 siguiente, la unidad de tratamiento 32 determina la posición absoluta del emisor 11 usando la posición relativa determinada durante la etapa 140 y la posición conocida del dron principal 18.
[0061] Naturalmente, las etapas 140 y 150 del procedimiento según la invención pueden ser implementadas por cualquier otra unidad de tratamiento como por ejemplo una unidad de tratamiento dispuesta a cierta distancia de cada uno de los drones 16, 18. En este caso, durante la etapa 130, los módulos de comunicación 12, 14 de los dos drones transmiten hacia esta unidad de tratamiento el conjunto de las medidas adquiridas, así como sus posiciones.
[0062] Además, debe entenderse que el procedimiento según la invención puede ser implementado de manera análoga en relación con una pluralidad de emisores. Además, el número de drones usados puede ser superior a dos lo que permitirá mejorar la precisión del procedimiento.
[0063] Se entiende así que la invención presenta una cierta serie de ventajas.
[0064] De hecho, la invención permite implementar al menos tres técnicas de naturalezas diferentes de determinación de la posición de un emisor y combinarlas. Esto permite así resolver los inconvenientes de las técnicas TDOA y FDOA cuya implementación no siempre es posible. En particular, dicha combinación permite determinar la posición del emisor con independencia del tipo de señales transmitidas por el emisor.
[0065] Además, la combinación del conjunto de técnicas citadas permite obtener resultados especialmente fiables.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento de geolocalización de un emisor (11) de señales radioeléctricas por al menos dos drones (16, 18), incluyendo cada dron (16, 18) un módulo de comunicación (12, 14) capaz de recibir señales radioeléctricas obtenidas del emisor (11);
comprendiendo el procedimiento las etapas siguientes;
- adquisición (110, 120) de una pluralidad de medidas por cada uno de los drones (16, 18) en desplazamiento, de manera que cada pluralidad de medidas comprende medidas de potencias de señales radioeléctricas recibidas del emisor (11) y al menos un tipo de medidas elegido en un primer grupo que consiste en:
- medidas de direcciones de llegada de las señales radioeléctricas recibidas del emisor (11);
- medidas de instantes de llegada de una secuencia de señal de tipo predeterminado obtenida del emisor (11); y
- medidas de frecuencias de llegada de una pluralidad de secuencias de señal de tipo predeterminado obtenidas del emisor (11);
- análisis (140) del conjunto de las medidas adquiridas y determinación de la posición relativa del emisor (11) con respecto a uno de los drones (16, 18);
- determinación (150) de la posición absoluta del emisor (11) en función de dicha posición relativa y de la posición absoluta del dron correspondiente (16, 18);
caracterizado porque la etapa (140) de análisis del conjunto de las medidas comprende la determinación de la diferencia de las medidas de potencia adquiridas por los distintos drones (16, 18) en los mismos instantes; de manera que la etapa (140) de análisis del conjunto de las medidas comprende, además:
la determinación de al menos un tipo de diferencia elegido en un segundo grupo que consiste en:
- diferencia de las medidas de instantes de llegada adquiridas por los distintos drones (16, 18) y que corresponden a las mismas secuencias de señal de tipo predeterminado; y
- diferencia de las medidas de frecuencias de llegada adquiridas por los distintos drones (16, 18) y que corresponden a las mismas pluralidades de secuencias de señal de tipo predeterminado;
y/o
la implementación de una técnica de triangulación usando las medidas de direcciones de llegada adquiridas por los distintos drones (16, 18) en los mismos instantes.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la etapa (110, 120) de adquisición de una pluralidad de medidas por cada uno de los drones (16, 18) comprende la adquisición de cada tipo de medida del primer grupo y la etapa (140) de análisis del conjunto de las medidas comprende la determinación de cada tipo de diferencia del segundo grupo.
3. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los módulos de comunicación (12, 14) de los drones (16, 18) son capaces además de establecer una conexión de datos configurada para transmitir datos entre estos módulos de comunicación (12, 14) en la forma de señales radioeléctricas.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, que comprende además una etapa (130) de transmisión por medio de la conexión de datos de la pluralidad de medidas adquiridas por uno de los drones (18), denominado dron secundario, hacia el otro dron (16), denominado dron principal; de manera que la etapa (140) de análisis del conjunto de las medidas adquiridas es implementada por el dron principal (16).
5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que cada uno de los drones (16, 18) incluye además un reloj sincronizado con un reloj de referencia o con el reloj del otro dron (16, 18).
6. Producto de programa informático que incluye instrucciones de software que, cuando son implementadas por los dos módulos de comunicación (12,14) del sistema según la reivindicación 7, implementan el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
7. Sistema de geolocalización (10) de un emisor (11) que incluye dos módulos de comunicación (12, 14) a bordo de distintos drones (16, 18) y configurados para implementar el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.
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