MX2012013576A - Red de localizacion y sincronizacion de estaciones de sensores de pares en una red de geolocalizacion inalambrica. - Google Patents

Abstract

Los transmisores se localizan en una red de sensores mediante la medición de características de señal en múltiples localizaciones conocidas y el procesamiento de estas mediciones en un nodo central. Los sensores comunican su localización a un nodo central junto con las características medidas de la señal del transmisor, y se puede requerir la sincronización con otros sensores. A menudo, receptores GNSS se utilizan para localizar y sincronizar los sensores. Sin embargo, las señales GNSS se pueden atenuar mediante obstrucciones. En este caso, los sensores determinan su localización realizando mediciones de rango con sensores que pueden recibir las señales GNSS. La forma de onda para el retroceso inalámbrico permite este rango. Además, muchos sensores pueden determinar su localización y sincronizar el tiempo con la red de geolocalización a través de la recepción de señales desde otros sensores incluso si no tienen una conexión directa con los sensores que conoce su localización y se sincronizan en el tiempo.

Description

RED DE LOCALIZACIÓN Y SINCRONIZACIÓN DE ESTACIONES DE SENSORES DE PARES EN UNA RED DE GEOLOCALIZACIÓN INALÁMBRICA REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud de patente US N° 12/786,166, presentada el 24 de mayo de 2010, cuya descripción se incorpora aquí por referencia en su totalidad.

CAMPO TÉCNICO La presente invención se refiere en general a procedimientos y a aparatos para localizar dispositivos inalámbricos, también denominados estaciones móviles (MS), tales como los utilizados en sistemas celulares analógicos o digitales, sistemas de comunicaciones personales (PCS), radios móviles especializadas mejoradas (ESMRs), y otros tipos de sistemas de comunicaciones inalámbricas.

Más particularmente, pero no exclusivamente, la presente invención se refiere a la geolocalización y sincronización de tiempo de comandos y/o estaciones de sensores impedidas, bloqueadas y/o ciegas, en redes de geolocalización a través de una red de comunicaciones inalámbrica entre sensores.

ANTECEDENTES Los primeros sistemas de localización inalámbricos, desplegados comercialmente en 1998, basados en red de superposición han sido utilizados ampliamente en soporte de servicios de localización, incluyendo servicios de localización de emergencia.

La geolocalización iterativa de un emisor de radio a través del uso de TDOA puede incluir el uso de un único sensor de geoiocalización portátil (por ejemplo, TDOA), un par de estaciones de sensores portátiles de geoiocalización y tres o más estaciones de sensores portátiles de geoiocalización. La adición estaciones de sensores portátiles de geoiocalización para el proceso iterativo reduce las restricciones sobre las señales que se localizan, así como proporciona una reducción en el número de iteraciones necesarias para obtener una precisión de localización mejorada.

Determinar pasivamente la localización de un transmisor requiere que las características de su señal se midan en un número de distintas localizaciones, y conocidas, mediante estaciones de sensor. Esto requiere que las localizaciones de las estaciones de sensor en la red de geoiocalización sean conocidas (por ejemplo, cada estación de sensor conoce su propia localización o un controlador central conoce la localización de cada estación de sensor) y son sincronizados en el tiempo entre sí, es decir, operan en una base de tiempo común. La precisión requerida de esta base de tiempo depende de la técnica de localización utilizada.

Además, las estaciones de sensor deberían proporcionar características de la señal del transmisor (por ejemplo, temporización, potencia, ángulo, calidad de la señal) a un nodo central, a través de una red de comunicación, donde pueden ser procesadas, junto con las localizaciones de las estaciones de sensor, para determinar la localización del transmisor.

La localización de las estaciones de sensor puede determinarse mediante una serie de medios, que incluyen encuestas manual, el uso de un receptor de temporización de un sistema global de navegación interna por satélite (GNSS) o la recepción de transmisiones desde transmisores estacionarios de emplazamiento conocido (por ejemplo, una baliza de temporización comercial o gubernamental o transmisiones estables en tiempo y frecuencia, como las transmisores de televisión de alta definición (HDTV)). Sin embargo, en algunos entornos deteriorados (por ejemplo, cuando una o más estaciones de sensores están bloqueados o son ciegas), ninguna de estas técnicas está disponible para determinar la localización de un sensor. Una red de comunicación inalámbrica se utiliza a menudo para las comunicaciones entre las estaciones de sensor y esta red de comunicación inalámbrica puede servir para un propósito dual para las estaciones de sensor que no son capaces de determinar su localización con otras técnicas. En esta memoria, los términos GNSS y Sistema de Posicionamiento Global (GPS) se utilizarán indistintamente.

Las técnicas y los conceptos de la invención descritos en este documento se aplican a sistemas inalámbricos conocidos, que incluyen sistemas de radiocomunicaciones de tiempo ampliamente desplegado y división de frecuencia multiplexada (TDMA/FDMA), incluyendo el sistema global ampliamente utilizado para comunicaciones móviles (GSM) y sistemas inalámbricos basados en OFDM, tal como Evolución a Largo Plazo (LTE), Wiman (ffiEE-802.16) y WiMAX (IEEE-802.20), así como sistemas de comunicaciones de radio de división de código, tales como sistemas CDMA (IS-95, IS-2000) y el Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles (UMTS), el último de los cuales se conoce también como W-CDMA. Información adicional de antecedentes puede obtenerse a partir de la patente US No. 7.616.155, del 10 de noviembre de 2009, "Geolocalización iterativa portátil de emisores RF", cuya descripción se incorpora aquí como referencia en su totalidad.

SUMARIO Con un diseño adecuado de la forma de onda de comunicaciones inalámbricas, un sensor que no es capaz de determinar su localización con otras técnicas puede determinar su localización mediante la recepción de señales de comunicaciones de al menos tres estaciones de sensor diferentes en la red de geolocalización que ha determinado su localización y sincronizado sus relojes, ya sea con GPS o con la recepción de las transmisiones de los transmisores fijos situados en lugares conocidos. Una vez que todas las localizaciones de los sensores son conocidas y la sincronización de tiempo se lleva a cabo a través de la red de comunicaciones entre los sensores, la localización de los dispositivos móviles que utilizan técnicas de radio de geolocalización puede realizarse con la red de geolocalización.

Una realización ilustrativa de la presente invención se emplea en conexión con el sistema de geolocalización de transmisores de interés. El sistema comprende una red de estaciones de sensores dispersos geográficamente, incluyendo estaciones de sensor de referencia y una o más estaciones de sensor ciegas. La realización ilustrativa comprende una pluralidad de estaciones de sensor, en el que al menos tres estaciones de sensor están en una localización conocida y están sincronizadas con un reloj de referencia. Las al menos tres estaciones de sensor son útiles como estaciones de sensor de referencia. Además, un nodo central está configurado para controlar las estaciones de sensor y una red de retroceso de comunicaciones está configurada para permitir la comunicación inalámbrica entre las estaciones de sensor y el nodo central. El sistema está configurado para utilizar la red de retroceso de comunicaciones y estaciones de referencia del sensor para la sincronización y la localización geográfica de una o más estaciones de sensor ciegas.

En otra realización ilustrativa, un procedimiento para la geolocalización de transmisores de interés comprende la determinación de la localización de al menos tres estaciones de sensor y la sincronización de las al menos tres estaciones de sensor con un reloj de referencia, y el empleo de las comunicaciones inalámbricas a través de una red inalámbrica de comunicaciones de red de retroceso para sincronizar y geolocalizar al menos una estación de sensor ciega. Las comunicaciones inalámbricas incluyen la transmisión mediante las estaciones de sensor de referencia de una forma de onda de comunicación inalámbrica que es recibida por la estación de al menos un sensor ciego y se utiliza para la sincronización y la geolocalización.

En otra realización ilustrativa, un procedimiento para geolocalizar transmisores de interés consiste en una red de estaciones de sensores dispersas geográficamente, incluyendo estaciones de sensor de referencia y al menos una estación de sensor deficiente. La estación de sensor deficiente está en un lugar desconocido, no está sincronizada con las estaciones de referencia del sensor, y no tiene una conexión directa de radio a tres o más estaciones de referencia de sensor. El procedimiento de la invención comprende la determinación de las localizaciones de al menos tres estaciones de sensor y la sincronización de éstas con un reloj de referencia, con lo que las al menos tres estaciones de sensor son útiles como estaciones de sensor de referencia. Además, el procedimiento emplea las comunicaciones inalámbricas a través de una red inalámbrica de comunicaciones de red de retroceso para sincronizar y geolocalizar una primera estación de sensor deficiente. Esto incluye la transmisión mediante las estaciones de referencia de sensor de una forma de onda de comunicación inalámbrica que es recibida mediante la primera estación de sensor deficiente y es utilizada para la sincronización y la localización geográfica. Además, en realizaciones preferidas, la primera estación de sensor deficiente hace una medición del tiempo de transmisión para cada estación de sensor a las que se tiene una conexión directa a través de la red de comunicaciones de retroceso inalámbrica, que incluye una o más estaciones de referencia de sensor y al menos una estación de otro sensor deficiente. Por otra parte, la al menos una estación de sensor deficiente diferente hace mediciones de tiempo de transmisión para cada estación de sensor para que la al menos una estación de sensor deficiente diferente esté directamente conectada a través de la red inalámbrica de comunicaciones de retroceso.

Este sumario no está pensado para a cubrir todos los conceptos inventivos aquí descritos, y por lo tanto, otros aspectos de realizaciones ilustrativas de la presente invención se describen a continuación.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS El sumario anterior, así como la siguiente descripción detallada se comprende mejor cuando se lee conjuntamente con los dibujos adjuntos. Para el propósito de ilustrar la invención, se muestran en los dibujos construcciones de ejemplo de la invención; sin embargo, la invención no está limitada a los procedimientos específicos e ¡nstrumentalidades descritas. En los dibujos: La figura 1 muestra gráficamente una geolocalización de transmisor a través de una señal de enlace ascendente o descendente basada en el tiempo que utiliza técnicas de geolocalización de tiempo o potencia.

La figura 2 representa gráficamente la geolocalización de transmisor a través de la diferencia de tiempo y/o de potencia de técnicas de geolocalización de llegada a través de señales de enlace ascendente o enlace descendente.

La figura 3 muestra la localización de una estación de sensor ciega cuando está obstruida del posicionamiento por satélite.

. La figura 4 muestra la localización de un transmisor usando las dos estaciones de sensores posicionadas mediante el posicionamiento por satélite y estaciones de sensor posicionadas mediante la red de sensores.

La figura 5 muestra la comunicación directa entre el nodo central y las estaciones de sensor.

La figura 6 muestra una red mixta de estaciones de sensor, en comunicación directa con el nodo central o estaciones de sensor transmitidas a través de estaciones intermedias.

La figura 7 representa esquemáticamente los principales subsistemas en una realización de una(s) estación(es) de sensor portátil(es).

La figura 8 muestra los elementos funcionales dentro de un receptor digital de banda ancha estación de sensor multicanal sintonizable y un subsistema de procesador de señal.

La figura 9 representa los elementos funcionales dentro de un subsistema de receptor de temporización de diversidad, localización y sincronización de frecuencia de una estación de sensor.

La figura 10 representa los elementos funcionales de una realización de un nodo central.

La figura 11 representa la base matemática para la determinación de la localización y la sincronización de tiempo de una estación de sensor ciega o deficiente.

La figura 12 muestra un ejemplo de la inicialización de una estación de sensor en la red de geolocalización.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE REALIZACIONES ILUSTRATIVAS A continuación se describen realizaciones ilustrativas de la presente invención. En primer lugar, se proporciona una descripción detallada del problema y, a continuación una descripción más detallada de nuestras soluciones.

Una red de estaciones de sensor puede utilizar Potencia de Llegada (POA), Diferencia de Potencia de Llegada (PDOA), Tiempo de Llegada (TOA), Diferencia de Tiempo de Llegada (TDOA) o híbridos de TOA, POA, TDOA, PDOA y/o Ángulo de Llegada (AoA) para geolocalizar transmisores inalámbricos en dos dimensiones cuando tres o más estaciones de sensor en la red reciben la señal del transmisor y las estaciones de sensor están en lugares conocidos y están sincronizadas en el tiempo. Una sincronización precisa entre todas las estaciones de sensor se requiere para los procedimientos basados en el tiempo, incluyendo los procedimientos tiempo de llegada (TOA) o la diferencia de tiempo de llegada (TDOA). Una base de tiempo relativamente imprecisa común es suficiente para los procedimientos de Potencia de Llegada, Diferencia de Potencia de Llegada (PDOA) y Ángulo de Llegada (AOA). Los procedimientos híbridos que combinan un tiempo y la potencia, la potencia y el ángulo de tiempo, o el tiempo y el ángulo requieren una sincronización precisa. El uso de más de tres estaciones de sensor que reciben la señal en la solución de localización aumenta la precisión de la estimación de la localización. Los sistemas globales de navegación por satélite, tales como el Sistema de Posicionamiento Global NAVSTAR (GPS) por satélite, se utilizan a menudo mediante las estaciones de sensor para determinar su localización, así como su sincronización en tiempo y en frecuencia. Sin embargo, el receptor GPS en una estación de sensor requiere una visión bastante no obstruida (trayectoria de señal mínimamente atenuada, reflejada, refractada) de múltiples satélites para determinar su localización, así como obtener el tiempo y la frecuencia sincronizada. Muchos entornos no permiten la recepción de un número suficiente de satélites GPS para permitir que algunas estaciones de sensor en la red determinen su localización o se sincronicen en el tiempo. Estas estaciones de sensor pueden recibir transmisiones desde las estaciones de otro sensor que conocen su propia localización (o localizaciones que son conocidas por el sistema) y son sincronizadas en el tiempo con un reloj común. Las estaciones de sensor en la localización de la red que conocen su localización y están sincronizadas en el tiempo se conocen como sensores de "referencia" o estaciones de sensor de referencia.

Las estaciones de sensor que no tienen el conocimiento de su propia situación y no están sincronizadas en el tiempo son conocidas aquí como estaciones "ciegas" del sensor. Las estaciones de sensor que no pueden comunicarse directamente con el nodo central son conocidas aquí como estaciones de sensor "bloqueadas". Una estación de sensor que puede comunicarse directamente con el nodo central es una estación "directa". Una estación de sensor "deficiente" es "ciega" y no tiene una conexión directa por radio con tres o más estaciones de referencia de sensor. Bloqueado se aplica a la trayectoria de comunicaciones, mientras que deficiente se aplica a las trayectorias de radio.

En un sistema ilustrativo en el que puede desplegarse la presente invención, las estaciones de sensor son capaces de determinar su localización y sincronizar su reloj de tiempo con todas las otras estaciones de sensor en la red de geolocalizacion. Esto se puede lograr mediante la incorporación de receptores de localización GPS y de temporización en el sensor o en una localización equivalente y el receptor de temporización en base a las señales terrestres. Si estas señales no pueden ser recibidas por un sensor, entonces es "ciega" y se debe utilizar otra técnica para determinar su localización y conseguir la sincronización de tiempo con la red de geolocalizacion. La red de comunicaciones de retroceso puede diseñarse para superar esta desventaja mediante el uso de estaciones de sensor "de referencia", es decir, estaciones de sensor que pueden determinar su posición y sincronizarse en el tiempo mediante el uso de GPS o señales terrestres. Las estaciones de sensor de referencia actúan, en esencia, como pseudolitos de las estaciones de sensor ciegas. Las estaciones de sensor ciegas que tienen una conexión directa de radio a tres o más estaciones de referencia de los sensores pueden, por lo tanto, localizarse por sí mismas y conseguir la sincronización de tiempo con la red de geolocalización. Las estaciones de sensor ciegas no tienen una conexión directa de radio a tres o más estaciones de referencia del sensor, es decir, son "deficientes", pero tienen una conexión indirecta con tres o más estaciones de referencia y pueden ser capaces de ser localizadas y sincronizadas con la red de geolocalización, proporcionando información sobre las señales que pueden recibir desde la conexión directa a sus vecinos al nodo central. El nodo central procesará la información de todos los sensores de la red de geolocalización, determinará la localización de los ciegos y los sincronizará en el tiempo con la red de geolocalización. En efecto, la red de retroceso inalámbrica sirve para dos propósitos. El primer propósito es proporcionar conectividad de las comunicaciones a todas las estaciones de sensor en la red de geolocalización, de modo que pueden controlarse mediante un nodo central y proporcionar los datos que se recogen al nodo central. El segundo propósito es permitir que las estaciones ciegas de sensor determinen su localización y consigan la sincronización de tiempo mediante la conectividad a las estaciones de sensor de referencia.

Una red de geolocalización inalámbrica emplea un nodo central para controlar las estaciones de sensor y para recibir las mediciones del nodo central que debe hacer. El nodo central opera sobre estas mediciones para determinar una estimación de la localización. El nodo central también actúa como la interfaz a sistemas externos que activan geolocalizaciones y muestran la estimación de la localización resultante. Cualquier estación de sensor particular también puede actuar como nodo central. La estación de sensor que es el nodo central también puede cambiar con el tiempo.

Un sistema de geolocalización inalámbrica es típicamente automático para determinar la localización de la señal de un transmisor. Típicamente, la activación especificará el tiempo(s) y las frecuencias a las que las estaciones de sensor van a adquirir la señal del transmisor. También puede especificar otros parámetros para identificar la señal de interés. Por ejemplo, en sistemas CDMA esto podría ser el código(s) de extensión. La activación puede provenir de una fuente externa. Por ejemplo, la red inalámbrica del transmisor está funcionando. La activación de la localización también puede determinarse mediante el nodo central o una de las estaciones de sensor. Como otro ejemplo, un sensor que recibe una señal por encima de un nivel de potencia especificado en una frecuencia específica y un período de tiempo podría generar una activación para todas las estaciones de sensor diferentes en la red de geolocalización. Véase, por ejemplo, la publicación de patente US 2006/0003775 A1 , "Activadores avanzados para aplicaciones de servicios basados en localización en un sistema de localización Inalámbrica", presentada el 10 de junio de 2005.

La localización de las estaciones de referencia del sensor fijas también se puede determinar con una encuesta manual. La sincronización de tiempo para un sensor de referencia fijo se puede lograr mediante la recepción de las transmisiones desde al menos un satélite GNSS o de un sistema de aumento de área amplia geoestacionaria (WAAS) o desde una señal de temporización terrestre de base en tierra desde una localización conocida. Un receptor GNSS proporciona esta funcionalidad. Los receptores GNSS resuelven 4 incógnitas; Latitud, Longitud, Altitud y Tiempo. Cuando al menos 4 emisiones por satélite están disponibles, el receptor GNSS (por ejemplo, GPS) todavía puede producir una señal de sincronización de alta precisión y referencia de frecuencia de una señal de satélite (GNSS o WAAS) está disponible y la localización del receptor y . la altitud se conoce con precisión.

Aunque el uso de la potencia de diferencia de tiempo de llegada (PDOA) y de diferencia de tiempo de llegada (TDOA) se utilizan como ejemplos operativos en toda esta memoria, algunas o todas las estaciones de sensor también pueden estar equipadas con equipamiento y funcionalidad de ángulo de llegada (AOA). El uso de técnicas de AOA, de tiempo de llegada (TOA) y de potencia de llegada (POA) en el cálculo de la localización de cualquiera de la estación de sensor o móvil de interés (MOI) tampoco están excluidas. (Los términos "móvil de interés" y "transmisor de interés" se emplean aquí para referirse a los transmisores cuyas localizaciones están aún por determinar, por ejemplo, mediante un sistema de geolocalización inalámbrica. El término "móvil" implica que el transmisor no está necesariamente en una localización fija. En algunos casos, un transmisor móvil puede ser una unidad portátil o incluso una unidad fija que se utiliza de forma intermitente). Los híbridos de todas las técnicas de localización discutidos son propensos a implementarse en una red de geolocalización desplegada. La diferencia de frecuencia de llegada (FDOA) se implementará para compensar las estaciones de sensor en movimiento y los móviles de interés en movimiento.

Además, algunas técnicas de geolocalización, como POA y PDOA, no requieren una sincronización de tiempo muy precisa entre las estaciones de sensor.

El término "sitio celular" se usa como un término genérico para describir un sitio de transmisión o baliza utilizada cuando la recogida de la señal se realiza en el dispositivo móvil (un sistema de localización de base de enlace descendente). Un sitio celular puede ser una instalación dedicada o subsistema de red de acceso de radio (RAN) de una red de comunicaciones inalámbricas (WCN). Un sitio celular puede tener también una estación de sensor colocalizada o integrada para recoger señales de una técnica de localización inalámbrico de enlace ascendente.

La figura 1 es una representación geográfica de la determinación de localización única de un transmisor móvil a través de técnicas de geolocalización de potencia de llegada (POA) o tiempo de llegada (TOA). La localización única del dispositivo móvil 101 se ilustra mediante la intersección común de los tres círculos 102 103 104. Los círculos de alcance 102 103 104 están cada uno centrados en cada una de las tres estaciones de sensor separadas geográficamente 105 106 107. El perímetro de cada círculo 102 103 104 representa un rango (un contorno de distancia constante) de cada estación de sensor 105 106 107.

Los rangos POA y la localización del transmisor se obtienen mediante la medición de la potencia y utilizando un modelo de propagación para calcular la distancia radial desde el transmisor a cada una de las estaciones de sensor.

Los rangos de geolocalización TOA y una localización se derivan mediante la medición de retrocesos de tiempo y utilizando la velocidad de propagación de ondas de radio para calcular la distancia radial desde el transmisor a cada una de las estaciones de sensor. Cuando las estaciones de sensor están sincronizadas con precisión, es posible la geolocalización basada en TOA con una constante de tiempo de desplazamiento (como se usa en el sistema de GPS).

La figura 2 es una ilustración gráfica de la determinación de la localización única de un transmisor móvil a través de una técnica de geolocalización PDOA o TDOA. Se muestra un conjunto de estaciones de sensor geográficamente distintas 205 206 207. La localización única del dispositivo móvil 201 , es decir, el transmisor, se ilustra mediante la intersección común de hipérbolas. Cada hipérbola 202 203 204 representa un contorno de diferencias constantes en la distancia desde el par de estaciones de sensor situadas en los focos de las hipérbolas. Para PDOA, esto se deriva mediante la medición de la diferencia de potencia entre el par de estaciones de sensor en los focos y la conversión de esta diferencia de potencia en una diferencia de distancia con un modelo de propagación. Para TDOA se obtiene midiendo la diferencia de tiempo en la señal del móvil que se mide en el par de estaciones de sensor en los focos y convirtiendo a la distancia utilizando la velocidad de propagación de las ondas de radio.

La figura 3 ilustra cómo un único sensor "ciego" 301 puede determinar su propia localización y sincroniza en el tiempo con las otras estaciones de sensor en la red 302 303 304 mediante la recepción de señales inalámbricas 305 306 307 desde al menos tres estaciones de sensor "de referencia" 302 303 304 que conocen su localización y están sincronizadas en el tiempo con la red de geolocalización. En la ilustración de la figura 3, la sincronización de tiempo y la auto-localización se determinan en cada estación de referencia 302 303 304 sin obstáculos de las señales de navegación de emisión por satélite 309 proporcionadas por la constelación de satélites 314.

El sensor ciego 301 no puede acceder a las señales de radio 310 proporcionadas por satélite atenuadas u obstruidas proporcionadas por la constelación de satélites 314 y debe confiar en una técnica alternativa para determinar su localización y sincronizarse en el tiempo. En efecto, las estaciones de sensor de "referencia" actúan como pseudolitos para el sensor "ciego" a través de la red de retroceso inalámbrica.

Dos requisitos fundamentales de las estaciones de sensor para el sistema de geolocalización inalámbrica ilustrativo aquí descrito incluyen el conocimiento de sus localizaciones y la sincronización de tiempo. Ambos de estos requerimientos pueden ser satisfechos mediante la inclusión de un receptor de temporización GPS con cada sensor. Los receptores de temporización GPS reciben las señales de los satélites GPS que orbitan alrededor de la tierra para determinar su localización y proporcionar una referencia de tiempo y de frecuencia. Sin embargo, los niveles de las señales de satélite GPS son bajos y pueden atenuarse mediante obstáculos que impiden su uso. El sistema de comunicaciones inalámbricas utilizado para las comunicaciones entre los sensores se puede utilizar para determinar la localización del sensor que no puede recibir GPS, así como que para sincronizarlo en el tiempo.

El concepto pseudolite se enseña en la patente US 6,771 ,625 y la patente US 6.101.178, ambas tituladas "GPS aumentado con pseudolito para la localización de teléfonos inalámbricos". Ambas patentes son del mismo cesionario de esta solicitud.

Las estaciones de sensor de referencia basadas en tierra actúan como pseudolitos para soportar la determinación precisa de las localizaciones de sensores mediante la difusión de señales CDMA intercaladas mediante un sistema TDMA. Los pseudolitos sincronizan transmisiones de la señal con una referencia de temporización precisa, tal como se deriva de los satélites GPS. Los pseudolitos adyacentes transmiten señales CDMA en diferentes momentos, eliminando la interferencia de la señal cerca-lejos entre los pseudolitos. Las estaciones de sensor ciegas reciben y determinan el TOA de las señales de pseudolito. Un procesador de localización asociado con el sensor ciego puede acceder a una base de datos interna de localizaciones de pseudolito, o la información de geolocalización de pseudolito puede codificarse en las transmisiones de pseudolito. El procesador de localización utiliza información de geolocalización de pseudolito y TOA para determinar la localización del sensor y el tiempo para sincronizarlos con la red de geolocalización. El sistema TDMA basado en pseudolitos puede aumentar el GNSS (por ejemplo, GPS) para proporcionar una información de geolocalización más precisa que está disponible a partir del GNSS por sí solo.

La figura 4 ilustra una implementación de ejemplo de un sistema de geolocalización portátil iterativo con referencia mixta y estaciones de sensor ciegas. La figura 4 ilustra estaciones de sensor de referencia que pueden recibir señales GPS y un sensor ciego que no puede recibir señales GPS, pero puede determinar su localización y sincronizarse en el tiempo a través de tres estaciones de sensor de referencia que pueden recibirse a través de las mismas el retroceso inalámbrico. Asimismo, muestra el nodo central que consigue un accionador de localización externo y todas las estaciones de sensor en la red de geolocalización reciben la señal de interés (SOI) y proporcionan características de la misma a un nodo central (no representado) que calcula y muestra la localización y la proporciona a una entidad externa.

Las estaciones de sensores múltiples se distribuyen sobre un área geográfica para recibir la señal transmitida por el objetivo. La disposición geométrica de estas estaciones de sensor respecto al transmisor a localizar, es decir, el objetivo, afectará a la precisión con la que se puede localizar el objetivo. Esto se llama Dilución Geométrica de la Precisión (GDOP). La mejor precisión se obtiene cuando las estaciones de sensor rodean completamente el objetivo. El número mínimo de estaciones de sensor que deben recibir la señal del transmisor es de tres para una estimación de localización de dos dimensiones y de cuatro para una estimación de localización tridimensional (si el tiempo del transmisor móvil de transmisión es desconocido). La precisión de la localización puede mejorarse aún más cuando más de las estaciones de sensor mínimas requeridas pueden recibir la señal del transmisor y participar en la localización mediante el uso de una solución sobredeterminada. Las estaciones de sensor deben conocer su localización en la adquisición de la señal del objetivo. Las localizaciones de las estaciones de sensor estáticas puede ser preguntadas manualmente o un receptor GPS puede incorporarse en el sensor para determinar con precisión su localización. Otros receptores de geolocalización que utilizan transmisiones de TV digital se pueden utilizar también. Las estaciones de sensor que utilizan estos receptores auxiliares para determinar su localización pueden, por lo tanto, ser portátiles. Para técnicas de geolocalización basadas en el tiempo, las estaciones de sensor deben sincronizarse exactamente en el tiempo y adquirir la señal desde el objetivo, ya sea simultáneamente o iterativamente (tal como se describe en la patente US 7,616,155). Los receptores auxiliares en las estaciones de sensor también pueden sincronizar las estaciones de sensor en el tiempo.

En la Figura 4, la constelación GNSS 401 proporciona emisiones por satélite 408 que permiten que muchas de las estaciones de sensor desplegadas 402 403 404 405 se localicen por sí mismas y se sincronicen en una hora del sistema común, tal como un desplazamiento desde la hora del meridiano de Greenwich (GMT) o la hora universal coordinado (UTC). Algunas estaciones de sensor 407 están obstruidas (en este ejemplo, por la estructura del edificio 406) para recibir un número suficiente de señales de satélite 409 para la autolocalización o la sincronización en el tiempo. Esta(s) estación(es) ciega(s) 407 puede(n) entonces localizarse por medio de la red (tal como se muestra en la figura 3) y aún contribuyen a la localización del transmisor móvil 410 en una red de comunicaciones inalámbrica 414. En la Ilustración de la figura 4, TDOA con su rendimiento superior en un entorno urbano se muestra con hipérbolas TDOA 41 1 412 413 que se cruzan en la localización geográfica del dispositivo móvil 410.

Un ejemplo de implementación de red inalámbrica de geolocalización se muestra en la figura 4, y comprende: múltiples estaciones de sensor de referencia; estaciones de sensor ciegas (cualquier estación de sensor sin señales de radio suficientes para determinar por sí misma la posición o la temporización de la constelación GNSS, WAAS, o redes de difusión terrestre), sistema de comunicaciones de retroceso, nodo de procesamiento central/interfaz externa, dispositivo de control/visualización.

Las estaciones de sensor en un sistema de geolocalización inalámbrico deben poseer un procedimiento de comunicaciones de modo que se pueden controlar, es decir, comandar, para recibir la señal desde el transmisor en un momento específico, así como proporcionar las características de la señal recibida a un nodo común central, donde pueden ser procesadas para determinar la localización del transmisor. Idealmente, una topología de comunicaciones de "estrella", tal como se muestra en la figura 5, proporciona comunicaciones de señalización 504 505 506 507 508 509 510 511 entre las estaciones de sensor fijas 512 515 518 519, las estaciones de sensor móviles 513 514 516 517 y el nodo central 501. El nodo central 501 aquí se muestra como una plataforma de computación anfitrión central 502 y una estación de transceptor inalámbrico 503, permitiendo que el servidor 502 se encuentre de forma local o remota respecto a la estación de transceptor inalámbrico 503. No se muestran la pantalla, el almacenamiento de base de datos y la información colateral disponible en el nodo central. Por ejemplo, el nodo central puede tener un sistema de gestión de inteligencia de localización asociado (LIMS) (véase la solicitud de patente US N° 12/642,058, presentada el 18 de diciembre de 2009, "Sistema de gestión de inteligencia de localización"), ya sea de forma local o remota y conectado a través de un red de área amplia. El LIMS es un sistema de captura de datos, de almacenamiento y de soporte de decisiones que utiliza los datos disponibles (tiempo pasado y real) de múltiples fuentes (por ejemplo, redes inalámbricas, redes de localización inalámbrica y fuentes fuera de línea, tales como información de la red, información geográfica, información introducida manualmente y datos geoespaciales) para optimizar la utilización (programación y selección) de los recursos de localización inalámbrica a través de múltiples usuarios y entidades para producir la inteligencia de reconocimiento de localización. El LIMS contiene los algoritmos, la lógica de control, el almacenamiento de datos, procesadores y dispositivos de entrada/salida para el análisis de datos en tiempo pasado y real obtenidos de fuentes múltiples en combinación o por separado, para producir inteligencia en forma de metadatos no obtenida de otra manera razonable o fácil. Estos algoritmos pueden utilizar de forma iterativa los metadatos anteriores generados automáticamente para contribuir a un nuevo análisis, que utilizará los datos reales (en tiempo pasado y real), y los metadatos. Este análisis podría producir información como: identificación de comportamientos potenciales de interés, identificación de determinados usuarios móviles asociadas a tales comportamientos de interés, asociaciones entre los usuarios de dispositivos móviles y la identificación del usuario del dispositivo móvil cuando no hay identificación pública disponible (por ejemplo, con los dispositivos móviles de prepago).

Con frecuencia, sin embargo, un retroceso inalámbrico de comunicaciones se utiliza para la portabilidad y el nodo central puede no tener conectividad inalámbrica directa con todas las estaciones de sensor. Esta desventaja se puede superar mediante el uso de una red de comunicaciones de malla tal como se muestra en la figura 6, donde las estaciones de sensor que tienen conectividad con el nodo central y las estaciones de sensor que no pueden ver el nodo central pueden actuar como un relé.

La figura 6 ¡lustra cómo en entornos del mundo real, el nodo central puede no ser capaz de comunicarse directamente con todas las estaciones de sensor en la red de geolocalización, es decir, algunas estaciones de sensor son "bloqueadas". Una red en malla de comunicaciones, sin embargo, proporciona una ruta de acceso, a través del relé, a través de estaciones de sensor que el nodo central tiene una conexión de comunicaciones directa, proporcionando comunicaciones encadenadas entre estaciones de sensor bloqueadas y el nodo central.

En la implementación de ejemplo representada, el servidor 602 en el nodo central 601 utiliza sus instalaciones de transceptor asociado 603 para comunicarse con las estaciones de sensores desplegados. Los enlaces directos 612 613 614 615 616 están formados entre la estación central 601 y las estaciones desbloqueadas 604 607 608 609 61 1. Usando el conocimiento de base de datos de las estaciones de sensor desplegadas y el enlace(s) de radio directo, el servidor central 602 y luego ordena a todas las estaciones de sensor conectadas directamente 604 607 608 609 611 para llevar a cabo una búsqueda en la interfaz de aire a las estaciones de sensor desaparecidas, presuntamente bloqueadas 605 606 610. Una vez que las estaciones de sensor desaparecidas/bloqueadas 605 606 610 son descubiertos, el sensor de descubrimiento actúa como un enlace entre el nodo central 601 y las estaciones anteriormente desaparecidas. Un relé puede ser de un salto con la estación de descubrimiento 609 el único intermediario entre la estación de bloqueada 610 y el nodo central. Un relé puede ser multi-salto con múltiples estaciones intermedias 607 606 una estación bloqueada 605 el nodo central 601. Un relé puede tener varias conexiones en las que la estación bloqueada 605 puede utilizar o seleccionar la mejor de múltiples conexiones de relés 618 620 621.

Un sensor en una red de geolocalización típicamente necesitará saber su localización y sincronizar en el tiempo con las otras estaciones de sensor en la red de geolocalización en la adquisición de la señal del transmisor a localizar. Un diagrama de bloques de un sensor se muestra en la Figura 7. El sensor portátil 701 se compone de una serie de antenas 702 703 704, receptores 707 706 y transceptores 705, enlaces de comunicaciones internas entre los subsistemas 708 709 71 1 712 713 y un controlador y dispositivo de visualización opcional 711 con interconexión entre los subsistemas a través de enlaces de comunicación digital interna 710. El receptor/servidor de alta diversidad sensibilidad temporización 707 recibe señales GNSS de los satélites por encima de la tierra o de las emisoras terrestres (mediante sistemas de construidos a propósito o con óptima alta calidad de servicio, como las estaciones de televisión de alta definición (HDTV)), para permitir la determinación de la localización del sensor y proporcionar el tiempo y la frecuencia de sincronización para el sensor cuando estas señales están disponibles. Las señales de RF de los transmisores que han de ser localizadas se reciben con la antena de la señal y se proporcionan al receptor digital de banda ancha sintonizable multicanal y el procesador de señal. Una vez que las señales son adquiridas se pueden procesar con el procesador de señal y los resultados son proporcionados al nodo central. Un transceptor de comunicaciones de red de malla proporciona la comunicación entre el sensor y otras estaciones de sensor incluyendo el nodo central. Cuando un sensor sabe la localización y está sincronizado en el tiempo con el reloj común de la red de geolocalización puede servir como un pseudolito para estaciones de sensor ciegas con las que puede comunicarse directamente. El controlador y los dispositivos de visualización permiten el control del sensor y mostrar su localización, la localización de estaciones de sensor, así como otras localizaciones objetivo en un mapa u otra imagen aérea.

El receptor digital de banda ancha sintonizable multicanal y el procesador de señal es el subsistema central de la estación de sensor. El diagrama de bloques de los elementos funcionales de un receptor digital de banda ancha sintonizable multicanal representativo y un subsistema de procesador de señal 801 de la estación de sensor se representa en la Figura 8. Los elementos funcionales representados son: subsistema de radio frecuencia/frecuencia intermedia (RF/IF) 803, subsistema de conversión de analógico a digital (A/D) 804, primer subsistema de memoria intermedia 805, subsistema convertidor reductor digital (DDC) 806, segundo subsistema de memoria intermedia 807, subsistema de procesamiento de señal digital (DSP) 808, subsistema de procesador de control 809, y el subsistema de distribución de reloj 810. Las conexión(es) de la antena(s) receptora 802 se muestran, pero no la antena del receptor.

El subsistema RF/IF 803 convierte los múltiples canales de señales RF 802 a una señal de frecuencia intermedia (IF) 811. El subsistema RF/IF 803 hace esto mediante la aceptación de las señales de RF desde la antena(s) 802, el paso de banda las filtra para rechazar las señales fuera de la banda RF apropiada en que están operando y luego amplifica las señales restantes. El resto de señales que luego se traducen en frecuencia a una frecuencia intermedia donde se filtra de nuevo con un filtro de paso de banda para rechazar componentes de mezcla y el ruido no deseados. Las señales resultantes son de nuevo amplificadas con un amplificador intermedio antes de ser introducidos en la siguiente etapa. Los múltiples canales puede recibir el mismo conjunto de frecuencias de RF desde múltiples antenas o recibir una diferente de las frecuencias de RF enviadas desde una o varias antenas. Esto, por ejemplo, permitiría la recepción de señales tanto de enlace ascendente y de enlace descendente de una red de telecomunicaciones inalámbricas. A menudo, las señales de enlace descendente de una red de telecomunicaciones inalámbricas se controlan para sincronizar a la sincronización de la misma. El subsistema de RF/IF puede poseer un único oscilador local que es impulsado por la referencia de frecuencia o por múltiples osciladores locales, tantos como uno por canal, de nuevo vinculados a la referencia de frecuencia para la estabilidad de frecuencia.

Las señales procesadas 811 del subsistema de RF/IF 803 son introducidas en el subsistema de conversión de analógico a digital (A/D) 804. El subsistema A/D 804 posee un convertidor A/D para cada canal de radio recibida. Todos los A/Ds son sincronizados simultáneamente con el reloj de muestreo derivado de la referencia de frecuencia y tiempo. Cada A/D convertirá la señal analógica de un canal del subsistema de RF/IF 803 a un formato digital con cada muestra, comprendiendo un número de bits. Los múltiples canales de muestras digitales 812 se proporcionan a una primera memoria intermedia 805 que puede proporcionar una cantidad configurable de retardo entre su entrada y su salida. Opcionalmente, la primera memoria intermedia 805 se puede configurar como un anillo circular intermedio.

El subsistema convertidor reductor digital (DDC) 806 acepta múltiples canales de muestras digitales de banda ancha 813 que están centradas a la frecuencia intermedia y las convierte a banda base en fase y muestras en cuadratura que se han filtrado adicionalmente de banda de paso, se traducen en frecuencia y se reduce su tasa de muestreo de salida. En efecto, los CDD permitir sintonizar los canales específicos de ancho de banda especificado con la velocidad de muestreo reducida para ser más coherente con el ancho de banda del canal. El subsistema DDC 806 poseerá DDCs múltiples. Puede haber una correspondencia de uno a uno entre el número de los DDCs y los canales de RF/IF. O puede haber DDCs múltiples asignados a un solo canal RF/IF que permite la recepción de múltiples canales de frecuencia de banda estrecha derivadas de un solo canal de banda ancha RF/IF. La salida digital 814 del subsistema DDC 806 entrada de una segunda de memoria intermedia 807. Los múltiples canales de muestras digitales 814 se proporcionan a la segunda memoria intermedia 807 que puede proporcionar una cantidad configurable de retardo entre su entrada y su salida. Opcionalmente, puede actuar como una memoria intermedia circular para permitir la geolocalización de señales transitorias después de que hayan ocurrido.

El subsistema DSP 808 toma las muestras digitales 815 de la memoria intermedia 807 como las producidas por el subsistema DDC 806, y procesa las muestras de varias maneras.

Los distintos tipos de tratamiento pueden incluir: o Detección o Demodulación o Correlación o Dispersión/inversión de la dispersión o codificación/decodificación o Ecualización o Reconstrucción de Señal o Determinación de la localización El subsistema procesador de control 809 actúa como la interfaz externa 820 al mundo exterior de la estación de sensor, recibiendo y enviando comandos e información a través de interfaces digitales internas del receptor 817 818 819. Además, el subsistema de control del procesador 809 configura cada uno de los subsistemas que componen el receptor 801 , así como otros subsistemas de la estación de sensor.

La sincronización de tiempo y, opcionalmente, la frecuencia entre las estaciones de sensor es importante para la geolocalización. El subsistema de sincronización de reloj 810 acepta la referencia de tiempo y de frecuencia proporcionada por el receptor de temporización, para un sensor de referencia, o bien desde el nodo central a través del transceptor de comunicaciones de malla si un sensor ciego, y genera las señales de temporización requeridas 816 para los demás subsistemas dentro del receptor 801.

Además, el subsistema de procesador de control 809 configura cada uno de los subsistemas en el receptor, así como el receptor/servidor de temporización y el transceptor de comunicaciones de malla.

Los principales elementos funcionales del subsistema del receptor de sincronización de la diversidad de temporización, la localización y la frecuencia usados tanto en las estaciones de sensor y en el nodo central se representan en la Figura 9. Un receptor de diversidad (unidad de sincronización de tiempo y de frecuencia) 901 genera la posición, la hora y las referencias de frecuencia para su uso en la localización y la sincronización de las estaciones de sensor en la red de geolocalización.

Tal como se muestra en la Figura 9, el receptor de diversidad 901 un receptor de radiodifusión por satélite 902 con antena asociada 904 y un segundo subsistema receptor que comprende un receptor de radiodifusión terrestre 903 asociado con la antena 905 y una plataforma de procesador común (CPP) 906 acoplada a través del control 911 y los enlaces de datos digitales 912 al receptor de radiodifusión por satélite 902 y al receptor de radiodifusión terrestre 903 a través del control 913 y los enlaces de datos digitales 914. El CPP a su vez se asocia con un oscilador de referencia 907 de los trenes CPP a través del enlace de control 915 y lee a través del enlace de datos 916.

El receptor de diversidad 901 es servido por al menos una agrupación de antenas, preferiblemente una antena 904 905 por cada receptor 902 903.

El subsistema receptor de transmisión de satélite 902 proporciona una referencia de tiempo estable y señal de información utilizada para el posicionamiento de la CPP a través del enlace(s) digital de datos 912. El receptor de radiodifusión terrestre 903 también proporciona información de referencia de tiempo y de señal utilizada para el posicionamiento de la CPP utilizando asociado el enlace(s) de datos digital 914.

La CPP, a su vez, utiliza la información de la señal proporcionada por el satélite 902 y los receptores terrestres 903 para formular la hora del sistema, las referencias de frecuencia y los datos de localización para el receptor de diversidad 901. Los enlaces de datos emiten la hora del sistema 908, la referencia(s) de frecuencia 909 y los datos de localización 910 a los otros subsistemas de la estación de sensor o nodo central.

En una realización ilustrativa más específica del receptor de diversidad, el receptor de radiodifusión terrestre comprende un receptor HDTV. El subsistema receptor de transmisión terrestre puede incluir una antena para recibir una señal de asistencia que comunicar información de asistencia incluyendo la posición de radiodifusión, las asignaciones de canal y las características y parámetros de tempoñzación. Alternativamente, o además de, el receptor de radiodifusión terrestre puede incluir una interfaz de información de asistencia para recibir información de asistencia incluyendo la posición de radiodifusores, las asignaciones de canal y las características y parámetros de temporización. En este ejemplo, la interfaz de información de asistencia está configurada para acoplar el receptor terrestre a un servidor o red de asistencia terrestre.

En una realización ilustrativa adicional, el receptor de diversidad comprende además un segundo subsistema receptor que comprende un receptor GNSS acoplado operativamente a través de un tercer medio de enlace a la CPP. El segundo subsistema receptor proporciona un segundo tiempo estable y la referencia de frecuencia y la información de posición a la CPP a través de los terceros medios de enlace. El receptor GNSS puede incluir una interfaz de información de asistencia para la recepción de una señal de asistencia GNSS que proporciona información orbital de la constelación del satélite y otra información utilizada para corregir la deriva del reloj, retardo de la señal de la atmósfera, y el retardo de la ionosfera, que se utilizan para mejorar la sensibilidad, el tiempo de primera fijación TFFF y la precisión de estimación de la localización de un receptor GNSS y las referencias del tiempo y de frecuencia. Además, el receptor GNSS puede incluir una interfaz de información de asistencia para recibir información de asistencia desde un servidor o red de asistencia terrestre. Además, el receptor GNSS puede ser configurado para funcionar en un modo de sincronización estática en el que se proporcionan una referencia de tiempo y de frecuencia cuando el sensor conoce su localización, tal vez a partir de una encuesta manual, y sólo una señal de satélite GNSS está disponible, y la CPP puede ser configurada para designar un subsistema receptor primario y secundario basado en la calidad de la señal tiempo de fijación, o la preferencia del operador.

En aún otra realización ilustrativa adicional, el receptor de diversidad incluye un oscilador de referencia acoplado operativamente a la CPP, y la CPP está configurada para comunicarse con los subsistemas receptores primero y segundo, para recibir señales estables de tiempo de los subsistemas receptores, y para usar al menos una de las señales de tiempo para disciplinar el oscilador de referencia. Además, el CPP está configurado, además, sea para seleccionar uno del primer y segundo subsistemas receptores o para hibridar la información proporcionada por los subsistemas del receptor para crear una referencia de tiempo, la frecuencia de referencia y la marca de tiempo optimizadas para ser proporcionadas al sensor.

La Figura 10 detalla esquemáticamente los principales subsistemas funcionales del nodo central 1001. La función principal del nodo central 1001 es el controlador primario de las estaciones de sensor en la red de geolocalización. El nodo central 1001 es muy similar en diseño a una estación de sensor en que posee un receptor de temporización de diversidad de alta sensibilidad 1006, el servidor de temporización 1003 y elementos transceptor/pseudolito de comunicaciones de red de malla 1004.

El subsistema de puerta de enlace procesador de localización (GLP) 1002 es único para el nodo central 1001 que mantiene la comunicación con cada sensor en la red de geolocalización ya sea a través de una conexión inalámbrica directa o a través de relés a través de otras estaciones de sensores si no tiene una conexión inalámbrica directa. El LPG 1002 controla el estado de cada una de las estaciones de sensores desplegadas para determinar si son: - Sensor de referencia o sensor ciego - Conexión directa o conexión indirecta con el nodo central - Conexión directa a tres o más sensores de referencia - Conocen su localización - Están sincronizadas en el tiempo - Estado del receptor y recursos de procesamiento de señal La puerta del procesador de localización 1002 inicia la geolocalización de un transmisor específico a través de un mensaje desde su interfaz externa desde otro nodo externo o desde cualquiera de las estaciones de sensor en la red a través de un mecanismo de auto-activación. Por ejemplo, un umbral de nivel de señal se puede ajustar a un determinado canal de RF para una o más de las estaciones de sensor. Si el nivel de la señal detectada por las estaciones de sensor excede el umbral preestablecido en un sensor entonces se envía un mensaje al nodo central para desencadenar una geolocalización de ese transmisor. La puerta de procesador de localización del nodo central asignará las estaciones de sensor apropiadas basadas en su estado.

Si una geolocalización se activa externamente o internamente, el nodo central 1001 asignará las estaciones de sensor apropiadas para adquirir la señal del transmisor de interés, medir las características de la señal recogida y proporcionar la señal recogida y la información de temporización de nuevo al nodo central 1002. El nodo central 1001 calculará la localización del transmisor de interés y proporciona la localización calculada a una entidad externa, muestra de forma local y/o graba en una base de datos (no mostrado) para futuro procesamiento posterior.

La determinación de la localización y la sincronización de tiempo de un sensor ciego se pueden lograr con el conocimiento de que la distancia del sensor ciego es de tres o más estaciones de sensor de referencia. Con esta información, un conjunto de ecuaciones matemáticas que expresan simultáneamente estas distancias en función de la localización del sensor ciego pueden ser resueltas. Estas distancias se pueden expresar matemáticamente para N estaciones de sensor de referencia, donde N es mayor que 3, como: ¿2 = (¾ " ?? + ( 2 " ?)2 + (¾ " zf Las localizaciones de las estaciones de sensor de referencia son (x¡, y¡, z¡) para i de 1 a N. La localización del sensor es ciego es (x, y, z). Hay muchas maneras de resolver este conjunto de ecuaciones simultáneamente. Una forma común es reducir al mínimo la suma de la diferencia al cuadrado entre la distancia medida, d¡, y el modelo para la distancia que es una función de la localización (x, y, z). La cantidad, es decir, la métrica, a minimizar para determinar (x, y, z) se expresa matemáticamente como: Gráficamente, la solución a esta ecuación puede ser visualizada como la intersección única de tres esferas centradas en cada una de las estaciones de sensor de referencia con un radio determinado como la distancia desde el sensor de referencia respectivo al sensor ciego.

La distancia de un sensor ciego desde un sensor de referencia se puede determinar mediante la medición del tiempo de propagación de una señal transmitida por el sensor de referencia al sensor ciego. Esta es la técnica de GNSS (sistema(s) de satélite de navegación global, tal como el existente sistema de posicionamiento global (GPS) de Estados Unidos), donde los terminales utilizan los satélites GNSS, y pseudolitos, incrustan su localización y la hora de transmisión en la forma de onda inalámbrica que se transmite al terminal. El terminal GNSS señala a continuación el tiempo, respecto a su reloj local, que recibió la transmisión. Como que las ondas de radio se propagan a una velocidad constante, el tiempo de propagación medido se puede convertir a una distancia multiplicando por la velocidad de la luz, indicada c, que es la velocidad de propagación de las ondas de radio. Esta distancia convertida sería la distancia correcta desde el satélite hasta el terminal si el reloj del satélite y el reloj del terminal estuvieran sincronizados en el tiempo. Pero no lo están y, por lo tanto, un reloj de desplazamiento debe añadirse a las variables que deben resolverse a partir de las mediciones. Este reloj de desplazamiento es común para todas las mediciones. Además, la solución para que el reloj compense eficazmente el tiempo sincroniza el sensor ciego con las estaciones de sensor de referencia. Las ecuaciones son las siguientes: = - )2 + - y)2 + (z1 - z)2 + Cfl Una vez más, hay muchas formas en las que estas ecuaciones pueden resolverse simultáneamente para resolver la posición del sensor ciego (x, y, z) y el desplazamiento del reloj local Co. Una forma común es minimizar la suma de los cuadrados de las diferencias entre las distancias medidas más el desplazamiento del reloj, cT¡, y el modelo para la distancia que es una función de la localización (x, y, z) del sensor y el desplazamiento del reloj Co. La cantidad, es decir, la métrica, a minimizar para determinar (x, y, z) y C0 se expresan matemáticamente como: Algunas estaciones de sensor ciegas no pueden tener conexiones directas de retroceso inalámbrico a tres o más estaciones de sensor de referencia. En este caso, se les describe como "deficientes". Sin embargo, la localización de un deficiente (una estación de sensor deficiente es una estación de sensor ciego con la limitación añadida de menos de 3 conexiones de radio) puede todavía ser determinada y su tiempo sincronizado en la red de geolocalización mediante la recepción de transmisiones de retroceso inalámbrico desde otras estaciones de sensores de medición y el tiempo de transmisión.

Este escenario de sensor deficiente se representa en la figura 11 para el caso TDOA de dos dimensiones. Las estaciones de sensores adicionales y/o equipos de antenas especializados se necesitan en los casos donde se desea una localización tridimensional o se utiliza una técnica híbrida TDOA/AoA.

En la figura 11 , las estaciones de sensor de referencia se representan como un grupo 1101 1102 1103. Las conexiones inalámbricas de sensores, entre las estaciones de la red de retroceso inalámbricas, también se muestra 1107 1108 1109 1110 1111 1112 1113 1114 1115. Usando la figura 11 para ilustrar, el número total de estaciones de sensor en la red de geolocalización es de seis y hay tres estaciones de sensor de referencia y tres estaciones de sensor ciegas. Cada sensor deficiente realiza una medición de tiempo de transmisión de cada sensor que no tiene una conexión directa, tal como se muestra en la figura 11. La referencia de compensaciones de reloj del sensor será cero.

Por ejemplo, el sensor "d" 1106 es deficiente y tiene conexiones directas 1108 1109 a estaciones de sensor de referencia "a" 1101 y "ß" 1102 y conexiones directas 1114 1115 a las estaciones de sensor deficientes "e" 104 y "f" 1105. Así, cuatro mediciones se pueden realizar con este sensor 1106 y una ecuación derivada para cada relación de localización(es) y desplazamiento(s) del reloj. Son: CT ,S ¡{xp - xsf + {yp - ys )2 +Q c7i,¿ = Vk> - ½ )2 + (>v - ys)1 +c5 -c<p Como las estaciones de sensor "a" 1101 y "ß" 1102 son estaciones de sensor de referencia, sus destinos (xa, ya) y (?ß, y ), son conocidos y sus compensaciones de reloj son cero. Las estaciones de sensor "d" 1106, "e" 1104 y "f" 1105 son estaciones de sensores deficientes, de manera que sus localizaciones (?d y6), (?e y£), (?f, ycp) no se conocen, así como sus desplazamientos de reloj C8, Ce y Ccp. Debe tenerse en cuenta que hay 9 incógnitas en este conjunto de cuatro ecuaciones/mediciones. No hay ecuaciones suficientes para determinar únicamente las incógnitas. Esto se soluciona haciendo mediciones con estaciones de sensor deficientes "e" 1104 y "f" 1105 con las estaciones de sensor que tienen conexiones de retroceso inalámbricas directas. Haciendo esto, se producen ocho ecuaciones más, algunas redundantes, pero no introducirá ninguna incógnita más, proporcionando así información suficiente para resolver las incógnitas de forma exclusiva.

Hay muchas maneras que se puede resolver este conjunto de ecuaciones simultáneamente para las incógnitas. Una forma común es minimizar la suma de los cuadrados de las diferencias entre la distancia medida más el desplazamiento del reloj, cT¡,j, y el modelo para la distancia que es una función de las localizaciones (Xj, y¡) y el desplazamiento del reloj Cj. Matemáticamente, cuando hay una cantidad total de M + N estaciones de sensor, la cantidad de estaciones de sensor de referencia M y una cantidad de N estaciones de sensor deficientes, esta métrica a minimizada se puede escribir: donde j e P (i) representa el conjunto de estaciones de sensor j que el sensor i tiene conexión de retroceso directa inalámbrica.

La figura 12 representa un ejemplo de la inicialización de la estación de sensor. El sensor se conecta la estación 1201 y comprueba los datos de configuracióh almacenados 1202. Los datos de configuración almacenados 1202 pueden ser una localización estática o una última localización conocida. La disponibilidad o validez de la última localización conocida se comprueba 1203.

Si los datos de configuración almacenados se consideran válidos, entonces la estación de sensor intenta determinar la hora actual del sistema 1207 de las transmisiones de satélites disponibles (por ejemplo, el sistema GPS/WAAS) o transmisiones terrestres de navegación. Si los datos de configuración almacenados se prueban como no válidos (marcados por el operador, antiguos, incompletos, no introducidos, etc.), entonces la estación de sensor intentará la autolocalización usando su receptor y cualquier localización de emisiones por satélite disponibles 1204. Si ninguna localización válida puede obtenerse 1205 a partir de la configuración almacenada o a través de las transmisiones de navegación por satélite y terrestres, a continuación, se intentan medios de localización alternativos 1209. Los medios de localización alternativos 1209 incluyen medios inalámbricos (tales como el uso de transmisiones comerciales de alta definición (HDTV) y/o otras balizas terrestres) o la entrada manual de solicitar la localización de la estación de sensor. Opcionalmente, la estación de sensor puede adquirir información de asistencia y vuelve a intentar la autolocalización mediante emisiones por satélite 1206 (posicionamiento de sistema de navegación por satélite (A-GNSS)) y emisiones terrestres de navegación (sistema de aumento de área amplia (WAAS)).

Si la localización de la estación de sensor se puede encontrar utilizando los datos de configuración almacenados, las transmisiones de navegación satélite y/o terrestres, o los medios alternativos de localización, y se ha logrado la sincronización del tiempo de la estación de sensor, se puede declarar una estación de referencia 2010, de lo contrario la estación debe ser declarada una estación ciega 1217 sin el conocimiento de su propia localización o la sincronización de tiempo con la red de geolocalización.

Si se declara una estación de referencia, la estación de sensor inicializa su transceptor inalámbrico y explora otras estaciones de sensor 1212. Todas las otras estaciones se descubren a continuación, y se configuran con conexiones directas 1213. La estación de sensor 1214 se conecta entonces al nodo central. El nodo central evalúa 1215 el estado de los recursos de geolocalización de la estación de sensor (por ejemplo, la precisión de la auto-localización, la calidad de la señal de las conexiones directas). El nodo central luego declara la estación de sensor en línea 1216 y lista para la participación en los intentos de localización.

Si la estación de sensor fue declarada 1217 un sensor ciego, la estación de sensor ciega entonces inicializará 1218 su transceptor inalámbrico y explorará otras estaciones de sensor. Las estaciones descubiertas por el sensor ciego entonces se configuran con conexiones directas 121. Los sensores ciegos sondean las estaciones de sensor descubiertas para cualquiera que se haya declarado como estaciones de sensores de referencia.

Si existe una conexión directa a tres o más estaciones de referencia y referencias de tiempo y la localización de cada estación de referencia se conoce de esta manera, a continuación, el sensor ciego puede recibir las señales desde las estaciones de sensor de referencia 1221 y tratar de autolocalizarse usando la señalización con las estaciones de referencia 1222. Si el sensor ciego se localiza con éxito utilizando la señalización de la estación de referencia, entonces el sensor ciego se declara un sensor de referencia 1223. El sensor de referencia a continuación establece una conexión con el nodo central 1214. El nodo central evalúa 1215 el estado de los recursos de geolocalización de la estación de sensor. El nodo central luego declara la estación de sensor en línea 1216 y lista para la participación en los intentos de localización.

Si una estación de sensor ha sido declarada ciega 1217, puede ¡nicializar un retroceso inalámbrico 1218 y establecer conexiones de dirección para otras estaciones de sensor 1219 pero no a las tres o más estaciones de referencia necesarias para la auto-localización 1220, entonces el sensor ciego medirá todas las conexiones 1224 y establecerá una conexión con el nodo central 1225. La estación de sensor ciego proporcionará entonces al nodo central con mediciones para cada conexión directa 1226. Si el nodo central, utilizando su conocimiento del momento y la localización de cada estación de sensor, no puede desarrollar una localización y un desplazamiento de tiempo de la estación de sensor ciego, se declara la estación fuera de línea 1228. Si una localización y desplazamiento de tiempo se pueden determinar mediante la estación ciega, a continuación, el nodo central evaluará el estado de los recursos de geolocalización 1215 para la estación de sensor. El nodo central luego declara la estación de sensor en línea 1216 y lista para la participación en los intentos de localización.

Conclusión El verdadero alcance de la presente invención no está limitado a las realizaciones actualmente preferidas descritas en este documento. En consecuencia, excepto en que se pueda limitar expresamente, el ámbito de protección de las siguientes reivindicaciones no pretende estar limitado a las realizaciones específicas descritas anteriormente.

Claims (32)

REIVINDICACIONES

1. Sistema de geolocalización de transmisores de interés utilizando una red de estaciones de sensor dispersas geográficamente, incluyendo dicha red de estaciones de sensor dispersas geográficamente estaciones de sensor de referencia y una o más estaciones de sensor ciegas, que comprende: una pluralidad de estaciones de sensor, en el que al menos tres estaciones de sensor están en una localización conocida y están sincronizadas con un reloj de referencia, siendo dichas al menos tres estaciones de sensor útiles como estaciones de sensor de referencia; un nodo central configurado para controlar las estaciones de sensor; y una red de retroceso de comunicaciones configurado para permitir la comunicación inalámbrica entre las estaciones de sensor y el nodo central; en el que el sistema está configurado para utilizar dicha red de retroceso de comunicaciones y las estaciones de sensor de referencia para la sincronización y la localización geográfica de una o más estaciones de sensor ciegas.

2. Sistema según la reivindicación 1 , en el que el sistema está también configurado de tal manera que al menos tres estaciones de sensor de referencia transmiten una forma de onda d,e comunicaciones inalámbricas que es recibida por una estación de sensor ciega, y la estación de sensor ciega está sincronizada y geolocalizada sobre la base de su recepción de las comunicaciones inalámbricas de forma de onda de las al menos tres estaciones de sensor de referencia.

3. Sistema según la reivindicación 2, en el que la estación de sensor ciega está configurada para recibir y determinar el tiempo de llegada (TOA) de las formas de onda de comunicaciones inalámbricas transmitidas por las al menos tres estaciones de sensor.

4. Sistema según la reivindicación 3, que también comprende un procesador asociado con la estación de sensor ciega, en el que el procesador está configurado para utilizar la información de geolocalización de la estación de sensor de referencia y la información TOA para la geolocalización y la sincronización de tiempo de la estación de sensor ciega.

5. Sistema según la reivindicación 4, en el que el procesador asociado con la estación de sensor ciega tiene acceso a una base de datos de la información de geolocalización de la estación de sensor de referencia.

6. Sistema según la reivindicación 5, en el que la. información de geolocalización de la estación de sensor de referencia está codificada en la transmisión de formas de onda de comunicaciones inalámbricas mediante las al menos tres estaciones de sensor.

7. Sistema según la reivindicación 2, en el que las al menos tres estaciones de sensor de referencia se configuran para transmitir una forma de onda de comunicaciones inalámbricas en el que un tiempo de transmisión se codifica.

8. Sistema según la reivindicación 1 , en el que el sistema está configurado además para permitir que una estación de sensor bloqueada se comunique con el nodo central a través de dicha red de retroceso de comunicaciones y al menos otra estación de sensor.

9. Sistema según la reivindicación 1 , en el que la pluralidad de estaciones de sensor incluye estaciones de sensor portátiles y fijas.

10. Sistema según la reivindicación 1 , en el que el nodo central comprende un dispositivo de visualización e interfaz externa.

11. Sistema según la reivindicación 1 , en el que el sistema está configurado además para geolocalizar transmisores de interés utilizando las mediciones de potencia realizadas por estaciones de sensor que han sido ubicadas geográficamente.

12. Sistema según la reivindicación 1 , en el que el sistema está configurado además para geolocalizar transmisores de interés utilizando mediciones basadas en tiempo hechas por estaciones de sensor que han sido geolocalizadas y sincronizadas.

13. Sistema según la reivindicación 1 , en el que el sistema está configurado además para geolocalizar estaciones de sensor ciegas a través de la recepción de señales de radiodifusión terrestres.

14. Sistema según la reivindicación 13, en el que las señales de radiodifusión terrestres comprenden televisión de alta definición (HDTV).

15. Sistema según la reivindicación 1 , en el que el sistema está configurado además para permitir que cualquier estación de sensor active una localización y actúe como un nodo central.

6. Procedimiento para geolocalizar transmisores de interés utilizando una red de estaciones de sensor dispersas geográficamente, incluyendo dicha red de estaciones de sensores dispersos geográficamente, estaciones de sensor de referencia y una o más estaciones de sensor ciegas, que comprende: determinar las localizaciones de al menos tres estaciones de sensor y sincronizar dichas al menos tres estaciones de sensor con un reloj de referencia, siendo dichas al menos tres estaciones de sensores útiles como estaciones de sensor de referencia; emplear las comunicaciones inalámbricas a través de una red inalámbrica de comunicaciones de red de retroceso para sincronizar y geolocalizar al menos una estación de sensor ciega, incluyendo dichas comunicaciones inalámbricas la emisión mediante dichas estaciones de sensor de referencia de una forma de onda de comunicaciones inalámbricas que es recibida por la al menos una estación de sensor ciega y utilizada para la sincronización y la geolocalizacion, y geolocalizar al menos un transmisor de interés utilizando la red de estaciones de sensor geográficamente dispersas, incluyendo la al menos una estación de sensor ciego.

17. Procedimiento según la reivindicación 16, en el que la al menos una estación de sensor ciega recibe y determina el tiempo de llegada (TOA) de las formas de onda de comunicaciones inalámbricas transmitidas por las al menos tres estaciones de sensor.

18. Procedimiento según la reivindicación 17, que comprende además el empleo de un procesador de localización asociado con la al menos una estación de sensor ciega para usar la información de geolocalizacion de la estación de sensor de referencia y la información TOA para la geolocalizacion y la sincronización de tiempo.

19. Procedimiento según la reivindicación 18, en el que el procesador de localización tiene acceso a una base de datos de información de geolocalizacion de la estación de sensor de referencia.

20. Procedimiento según la reivindicación 19, en el que la información de geolocalizacion de la estación de sensor de referencia se codifica en las formas de onda de comunicaciones inalámbricas transmitidas por las al menos tres estaciones de sensor.

21. Procedimiento según la reivindicación 16, en el que las al menos tres estaciones de sensor de referencia emite una forma de onda de comunicaciones inalámbricas en el que se codifica un momento de la transmisión.

22. Procedimiento según la reivindicación 16, en el que una estación de sensor deficiente se comunica y sincroniza con un nodo central a través de dicha red de comunicaciones de retroceso y al menos otra estación de sensor.

23. Procedimiento según la reivindicación 16, en el que la pluralidad de estaciones de sensor incluyen estaciones de sensor portátiles y fijas.

24. Procedimiento según la reivindicación 16, en el que las mediciones de potencia realizadas mediante estaciones de sensor que se han geolocalizado y ' sincronizado se utilizan para geolocalizar transmisores de interés.

25. Procedimiento según la reivindicación 16, en el que las mediciones basadas en tiempo realizadas por las estaciones de sensor que han sido geolocalizadas y sincronizadas se utilizan para geolocalizar transmisores de interés.

26. Procedimiento según la reivindicación 16, en el que las señales de radiodifusión terrestres se utilizan para geolocalizar estaciones de sensor ciegas.

27. Procedimiento según la reivindicación 26, en el que las señales de radiodifusión terrestres comprenden televisión de alta definición (HDTV).

28. Procedimiento según la reivindicación 16, en el que cualquier estación de sensor está permitida para accionar una localización y para actuar como un nodo central.

29. Procedimiento según la reivindicación 16, en el que un accionador de localización se recibe desde una entidad externa.

30. Procedimiento para geolocalizar transmisores de interés utilizando una red de estaciones de sensor dispersas geográficamente, incluyendo dicha red de estaciones de sensor dispersas geográficamente estaciones de sensor de referencia y al menos una estación de sensor deficiente, en el que la estación de sensor deficiente está en una localización desconocida, no se sincroniza con las estaciones de sensor de referencia, y no tiene una conexión de radio a tres o más estaciones de sensor de referencia, que comprende: determinar las localizaciones de al menos tres estaciones de sensor y la sincronización de dichas al menos tres estaciones de sensor con un reloj de referencia, siendo dichas al menos tres estaciones de sensor útiles como estaciones de sensor de referencia, y emplear comunicaciones inalámbricas a través de una red inalámbrica de comunicaciones de retroceso para sincronizar y geolocalizar una primera estación de sensor deficiente, incluyendo dichas comunicaciones inalámbricas la emisión mediante dichas estaciones de sensor de referencia una forma de onda de comunicaciones inalámbricas que es recibida por la primera estación de sensor deficiente y se utiliza para la sincronización y la geolocalización.

31. Procedimiento según la reivindicación 30, en el que la primera estación de sensor deficiente hace una medición de tiempo de transmisión para cada estación de sensor a la que tiene una conexión directa a través de la red de comunicaciones inalámbrica de retroceso, que incluye una o más estaciones de sensor de referencia y al menos otra estación de sensor deficiente.

32. Procedimiento según la reivindicación 31 , en el que la al menos otra estación de sensor deficiente hace las mediciones de tiempo de transmisión para cada estación de sensor para que la al menos otra estación de sensor deficiente esté directamente conectada a través de la red inalámbrica de comunicaciones de retroceso.