PT1654561E - Localização de um alvo utilizando antena distribuída para tdoa - Google Patents

Description

ΡΕ1654561 1

DESCRIÇÃO

"LOCALIZAÇÃO DE UM ALVO UTILIZANDO ANTENA DISTRIBUÍDA PARA TDOA"

Campo da Invenção A invenção relaciona-se com sistemas de vigilância de tráfego aéreo terrestres ou aerotransportados, particularmente para a pesquisa de direcção e localização de um alvo utilizando uma antena distribuída para TDOA (Diferença do Tempo de Chegada).

Antecedentes da Invenção

Na arte actual existem um número de sistemas e metodologias para a localização de veículos terrestres e aeronaves (por exemplo alvos) em e em torno de sistemas de vigilância de tráfego aéreo que podem incluir aeroportos, áreas de terminais e em sistemas de encaminhamento.

Muitos aeroportos grandes utilizam sistemas de aproximação por radar para localizarem e seguirem alvos fora do aeroporto. Estes sistemas de radar obtêm uma boa precisão em azimute pela utilização do feixe estreito disponível a partir da antena de grande abertura, ao passo que a distância é calculada a partir do atraso de ida e 2 ΡΕ1654561 volta do sinal desde o radar até ao alvo e de volta. Tipicamente estes sistemas de radar de aproximação requerem grandes antenas rotativas tornando-os dispendiosos.

Adicionalmente, estes sistemas de radar têm caracteristicamente uma taxa de actualização de aproximadamente 4,5 segundos, e consequentemente a velocidade de resposta do equipamento de análise associado está limitada pela taxa de actualização do radar.

Um segundo método para a localização de alvos é a multilateração. Os sistemas de multilateração são constituídos tipicamente por um arranjo de transmissores e de receptores de radiofarol. A multilateração é uma técnica por Diferença do Tempo de Chegada (TDOA) que utiliza informação proveniente de transmissões do "transponder" da aeronave para determinar a localização precisa de um alvo. 0 algoritmo para a multilateração começa tipicamente por estimar, utilizando a informação de TDOA, a localização aproximada de um alvo num sistema de coordenadas quer a duas dimensões quer a três dimensões. É então realizado um processo de optimização em torno da localização aproximada do alvo para proporcionar uma localização mais precisa do alvo.

Os sistemas de multilateração podem ser utilizados para localizar e seguir alvos no solo no aeroporto para detecção de incursão na pista e podem também ser utilizados para localizar e seguir aeronaves em aproximação dentro de uma proximidade relativamente perto 3 ΡΕ1654561 do aeroporto e por sistemas de vigilância de tráfego aéreo em rota. No entanto, se é requerido proporcionar uma grande área de cobertura em torno do sistema de multilateração, a razão da linha de base das antenas (distância entre os receptores) para a distância dos alvos torna-se tal que a Diluição Geométrica da Precisão (GDOP) se torna bastante grande. Isto, portanto, torna mais difícil localizar o alvo dentro da "elipse de incerteza" e a eficácia do sistema de multilateração é degradada significativamente à medida que a distância do sistema ao alvo aumenta.

Um método para ultrapassar este problema com a actual técnica de multilateração é o de instalar elementos de antenas externos fora dos limites do sistema de multilateração para aumentar a dimensão da linha de base das antenas. Isto, no entanto, cria dificuldades a respeito da aquisição de bens imobiliários adicionais, do proporcionar segurança fora do sistema, da manutenção de elementos de antena externos, da comunicação entre os elementos de antena externos e o sistema, e outras questões logísticas.

Enquanto muitos sistemas de vigilância do tráfego aéreo estão a utilizar uma, ou uma combinação das metodologias acima detalhadas, alguns aeroportos não têm actualmente metodologias locais confiáveis para localizar aeronaves em aproximação, ou veículos no solo para a incursão na pista. Alguns destes aeroportos têm adoptado a prática de adquirir dados de radar provenientes de 4 ΡΕ1654561 aeroportos maiores e mais bem equipados na sua vizinhança para proporcionar informação sobre o tráfego aéreo na sua área. Embora este processo possa ser benéfico para aeroportos que de outra forma não poderiam ter disponível esta informação, é possível que alvos de interesse para o aeroporto dependente sejam obscurecidos no radar do aeroporto fornecedor por obstruções em linha de vista.

Existe, portanto, uma necessidade de uma solução fiável, de custo relativamente baixo, para proporcionar um sistema de vigilância de tráfego aéreo com a capacidade para localizar alvos em rota, localizar alvos em aproximação ao aeroporto, localizar alvos no solo como uma componente de um sistema de incursão na pista, melhorar a transmissão entre sistemas de aproximação e sistemas de incursão na pista, e para alargar o alcance e precisão da localização de alvos utilizando sistemas de vigilância de tráfego aéreo existentes sem a necessidade de instalar elementos de antena fora dos limites do sistema.

Em contradição com isto são conhecidos a partir da Patente dos Estados Unidos N.° 6 208 297 BI métodos e dispositivos para posicionar um receptor móvel utilizando sinais da ligação descendente.

Sumário da Invenção É um objectivo da presente invenção ultrapassar os problemas da arte anterior proporcionando um sistema e 5 ΡΕ1654561 métodos para a determinação com elevada precisão da direcção e localização utilizando sistemas existentes de vigilância do tráfego aéreo, e sem requerer uma grande abertura de antena individual, rotação mecânica da antena, ou de receptores adicionais fora dos limites do sistema. A invenção relaciona-se com um sistema que pode ser utilizado para realizar vários métodos de localização de alvos. 0 sistema inclui pelo menos um transmissor para transmitir um sinal para um alvo, e pelo menos um receptor para receber um sinal de resposta proveniente do alvo para calcular o RTD (Atraso de Ida e Volta) do sinal. 0 sistema inclui ainda pelo menos três receptores para receberem um sinal de resposta proveniente do alvo e um mecanismo para determinar o Tempo de Chegada (TOA) dos sinais em cada receptor. 0 sistema também inclui um processador central para calcular os TDOAs (Diferença do Tempo de Chegada) e realizar os cálculos de localização de acordo com os métodos da invenção como será descrito em mais detalhe abaixo.

Os métodos da invenção calculam pelo menos uma estimativa da posição de um alvo utilizando os dados de TDOA e de RTD obtidos a partir dos sinais do "transponder" do alvo. Os TDOAs são calculados medindo o TOA de um sinal do “transponder" proveniente do alvo quando o sinal recebido numa pluralidade de unidades receptoras. 0 receptor utilizado para calcular o RTD pode também funcionar como um dos três receptores utilizados para 6 ΡΕ1654561 calcular o TDOA. Cada TOA é subtraído do TOA de um receptor designado para produzir os TDOAs. A transmissão de um sinal de interrogação de um transmissor para um alvo e a medição do tempo de atraso entre o tempo de transmissão do sinal de interrogação e o tempo de chegada do sinal de resposta do alvo a um receptor determina o RTD. Os dados de RTD podem então ser utilizados para calcular a distância precisa do alvo. Utilizando os dados de TDOA em conjunção com a distância disponibilizada a partir dos dados de RTD, são ultrapassadas as questões de GDOP da distância associadas com a técnica de multilateração da arte anterior e as exactidões das distâncias, e portanto as exactidões de posição gerais, melhoram dramaticamente. 0 método de uma forma de realização da presente invenção calcula o azimute de um alvo com base em dados de TDOA de respostas de "transponders" recebidas por pelo menos três elementos de antena (unidades receptoras, "RUs"), que criam efectivamente um agregado de antenas. Quando a distância do alvo é muito maior do que a linha de base, é possível utilizar uma aproximação linear simples que calcule o azimute e elevação. Se está disponível apenas a distância, ou se estão também disponíveis a distância e a altura, é possível melhorar consideravelmente a exactidão da medição realizando uma pesquisa do azimute na distância e altura dadas que melhor se ajuste ao TDOA medido.

Os sinais recebidos nas RUs terrestres são gerados tipicamente por "transponders" a bordo da aeronave 7 ΡΕ1654561 alvo. Quando os dados são recebidos como uma função de uma resposta a uma interrogação a partir de um transmissor terrestre, o atraso de ida e volta das mensagens é calculado e armazenado para utilização no cálculo de distâncias.

Os dados recebidos são processados pelas RUs, são marcados com o indicativo da hora com a informação de Tempo de Chegada (TOA) para serem utilizados nos cálculos de Diferença do Tempo de Chegada (TOA) e enviados para a unidade de processamento para avaliação adicional. Na unidade de processamento os dados são seleccionados em grupos distintos, representando cada um uma transmissão especifica proveniente de um alvo distinto, e avaliados para fornecerem uma aproximação inicial do azimute. Uma função de pesquisa é então realizada em torno do azimute inicial para compensar erros não lineares. A função de pesquisa é realizada criando um arco em torno do azimute inicial a uma distância calculada a partir dos dados de RTD e a altura calculada a partir dos dados de altitude disponibilizados na resposta do "transponder". A dimensão do arco é ajustada para aproximadamente duas vezes a dimensão da linha de base da antena. São seleccionados um número pré-determinado de pontos ao longo do arco onde cada ponto tem o mesmo RTD associado conforme o calculado a partir do sinal de resposta do "transponder". Calculando o TDOA esperado para cada ponto seleccionado sobre o arco e comparando esse TDOA esperado com o TDOA medido fornece um erro. 0 azimute associado ao TDOA esperado tendo o erro ΡΕ1654561 menor é seleccionado como um azimute mais preciso do alvo. É então calculada uma posição no plano mais precisa para o alvo utilizando o azimute mais preciso e os dados de RTD. A função de pesquisa é reiterada um número especifico de vezes utilizando um arco mais pequeno de cada vez, melhorando assim a exactidão estimativa da posição. Se a distância não está disponível, então este método calculará apenas o azimute e altura aproximados. É seleccionado o azimute que origina o erro mais pequeno a partir da função de pesquisa. Finalmente, são calculadas as posições x e y e a altitude (z) é incluída se calculada a partir dos dados de altitude. 0 método de acordo com outra forma de realização da invenção calcula uma estimativa da posição a duas dimensões de um alvo utilizando a informação do TOA e do RTD quando um sinal do "transponder" é recebido por pelo menos três receptores como discutido anteriormente. Em concordância com esta forma de realização da presente invenção, a altura do alvo é conhecida e utilizada como coordenada z para melhorar a estimativa da posição do alvo. A altura pode ser calculada a partir dos dados de altitude disponibilizados pelo alvo no sinal do "transponder" ou alternativamente, a altura pode ser conhecida por uma determinação de que o alvo não está no solo. Em concordância com esta forma de realização, os TOAs medidos altura do alvo e distância calculada são disponibilizados em conjunção com as coordenadas das RUs a um algoritmo 9 ΡΕ1654561 apoiado na distância em forma fechada. Este método da presente invenção calculará uma estimativa a duas dimensões (x, y) da posição do alvo e a altura conhecida será utilizada como a coordenada z para proporcionar uma estimativa da posição a três dimensões. A estimativa da posição, altura do alvo e a distância calculada são então disponibilizadas para uma função de pesquisa para melhorar adicionalmente a estimativa da posição. A função de pesquisa faz uma aproximação de uma nova estimativa da posição do alvo e calcula TOAs que correspondem à nova estimativa da posição. A função de pesquisa inclui adicionalmente uma função de custo que mede o erro entre os TOAs da estimativa da posição original (actual) e os TOAs da nova estimativa da posição. A estimativa da posição que resulta no erro mais pequeno é seleccionada como a nova actual estimativa da posição. A função de pesquisa é reiterada, utilizando de cada vez a estimativa da posição com o erro mais pequeno como a nova actual estimativa da posição até que o erro seja menor do que ou igual a um minimo pré-determinado. 0 método de uma ainda outra forma de realização da presente invenção calcula uma estimativa da posição a três dimensões de um alvo utilizando a informação do TOA e do RTD quando um sinal de um "transponder" é recebido por pelo menos quatro receptores como discutido anteriormente. Em concordância com esta forma de realização da presente invenção, a altura do alvo não é conhecida. Portanto, 10 ΡΕ1654561 apenas são proporcionados os TOAs medidos e a distância calculada em conjunção com as coordenadas das RUs a um algoritmo apoiado na distância em forma fechada. Este método da presente invenção calculará uma estimativa da posição a três dimensões (x, y, z) do alvo directamente a partir dos dados do TOA e do RTD. A estimativa da posição a três dimensões e a distância calculada são então disponibilizadas para uma função de pesquisa para melhorar adicionalmente a estimativa da posição. A função de pesquisa faz uma aproximação de uma nova estimativa da posição do alvo e calcula TOAs que correspondem à nova estimativa da posição. A função de pesquisa inclui adicionalmente uma função de custo que mede o erro entre os TOAs da estimativa da posição original (actual) e os TOAs da nova estimativa da posição. A estimativa da posição que resulta no erro mais pequeno é seleccionada como a nova actual estimativa da posição. A função de pesquisa é reiterada, utilizando de cada vez a estimativa da posição com o erro mais pequeno como a nova actual estimativa da posição até que o erro seja menor do que ou igual a um mínimo pré-determinado.

Breve Descrição dos Desenhos

Para uma melhor compreensão da natureza e objectivos da invenção, deverá ser feita referência à seguinte descrição detalhada de modos preferidos de praticar a invenção, lida em conexão com os desenhos 11 ΡΕ1654561 acompanhantes, nos quais: A Figura 1 é uma representação de um arranjo típico de unidades receptoras (RU) num aeroporto; A Figura 2 é uma representação das conexões típicas entre RUs, dispositivos de TOA associados e uma unidade de processamento; A Figura 3 mostra o fluxo do sinal que proporciona os dados de TOA e cálculo da distância utilizando um método de atraso de ida e volta em concordância com duas formas de realização da presente invenção; A Figura 4 mostra o fluxo do sinal em concordância com outra forma de realização da presente invenção quando são utilizadas diferentes RUs para as funções de transmissão e de recepção para determinar a distância; A Figura 5 é uma representação de uma função de pesquisa utilizada para determinar a localização precisa do alvo em concordância com uma forma de realização preferida da presente invenção; A Figura 6 é uma representação gráfica dos resultados da função de pesquisa; 12 ΡΕ1654561 A Figura 7 é um fluxograma de um processo utilizado para determinar a posição do alvo em concordância com uma forma de realização da presente invenção; A Figura 8 é uma representação a duas dimensões de um modelo utilizado para explicar um algoritmo em concordância com uma forma de realização da presente invenção; A Figura 9 é uma representação a três dimensões de um modelo utilizado para desenvolver adicionalmente o algoritmo em concordância com uma forma de realização da presente invenção; A Figura 10 é um fluxograma de um outro processo utilizado para determinar a posição do alvo em concordância com outra forma de realização da presente invenção; A Figura 11 mostra o fluxo do sinal que proporciona os dados de TOA e o cálculo da distância utilizando um método de atraso de ida e volta em concordância com outra forma de realização da presente invenção; e A Figura 12 é um fluxograma de outro processo utilizado para determinar a posição do alvo em concordância com outra forma de realização da presente invenção. 13 ΡΕ1654561

Descrição Detalhada da Invenção

Será agora descrita uma forma de realização da presente invenção com referência às Figuras 1-9. Um número de elementos de antena 1 (daqui em diante referidos como "unidades receptoras" (RUs)) é colocado em posições conhecidas no interior dos limites do aeroporto para criar um aglomerado de antenas como esboçado na Figura 1. Uma RU típica é comercializada por Sensis Corporation (Modelo N.° 100-008121-G001). A distância e localização das RUs é referida como linha de base do aglomerado de antenas ou linha de base. Nesta forma de realização, qualquer combinação de pelo menos um transmissor e três receptores é requerida para proporcionar a localização a três dimensões dos alvos no interior e em torno do aeroporto. As RUs podem apenas receber, apenas transmitir, ou tanto transmitir como receber. Podem ser requeridas mais RUs dependendo da geografia e distribuição de construções no interior e em torno do aeroporto de forma a ultrapassar obstruções em Linha de Vista (LOS) e questões de trajectórias múltiplas. Em concordância com a presente invenção, todas as RUs podem ser posicionadas dentro dos limites do aeroporto, assegurando assim um acesso fácil para manutenção e segurança, e simplificando as comunicações. Numa forma de realização preferida, os elementos de antena de transmissão são capazes de transmitir um sinal de ligação ascendente modulado em fase de 1030 MHz e os elementos de antena de recepção são capazes de receber um sinal de ligação descendente modulado em amplitude de 1090 MHz, no entanto, 14 ΡΕ1654561 poderão ser utilizados quaisquer sinais no espaço. A Fiqura 2 mostra que cada RU 1 inclui um dispositivo de TOA 2 que mede com precisão o Tempo de Cheqada (TOA) de cada sinal do "transponder" recebido do alvo. As RUs 1 são conectadas por alqum meio de comunicação, tal como uma rede local (LAN) por exemplo, a uma unidade de processamento 3, que realiza os cálculos de localização. Podem também ser utilizados outros tipos de meios de comunicação tais com liqações por Rf ou telefonia e a invenção não está limitada desse modo.

Num sentido, a distribuição de RUs apresentada na Figura 1 e os dispositivos apresentados na Figura 2 são os mesmos dos empregues para localizar alvos utilizando a técnica de multilateração tradicional. Como explicado antes, no entanto, o GDOP associado à distância do alvo torna-se bastante grande à medida que a razão da linha de base da antena (distância entre os receptores) para a distância dos alvos diminui. Torna-se, portanto, mais difícil localizar o alvo dentro da "elipse de incerteza" e a eficácia do sistema de multilateração é significativamente degradada à medida que a distância do sistema de multilateração ao alvo aumenta. Em concordância com a presente invenção, no entanto, são utilizados algoritmos de posição apoiados na distância para estender a distância eficaz da infra-estrutura das RU como se mostra nas Figuras 1 e 2 para localizar precisamente o alvo a distâncias significativamente aumentadas do sistema, como 15 ΡΕ1654561 será explicado abaixo em mais detalhe.

A Figura 3 mostra o fluxo do sinal entre uma RU transmissor/receptor 4, um alvo 5 e duas RUs receptoras 6. Um sinal de interrogação 7 é enviado da RU transmissor/receptor 4 para solicitar uma resposta 8 do "transponder" 5 do alvo. A RU transmissor/receptor 4 regista o tempo da transmissão do sinal de interrogação 7 para utilização ulterior no cálculo da distância do alvo. 0 "transponder" dentro do alvo responde automaticamente dentro de um intervalo de tempo conhecido (atraso interno) sujeito a uma tolerância como será descrito mais tarde. 0 sinal de resposta em todas as RUs 4, 6, 6 onde os dados são descodificados e marcados com o indicativo da hora com os seus Tempos de Chegada (TOA) desde o dispositivo de TOA 2. Podem ser utilizados múltiplos métodos para determinar o TOA incluindo, mas não limitados a, dados do Sistema de Posicionamento Global (GPS), relógios localizados e contadores internos. Os sinais de resposta do "transponder" contêm uma riqueza de informação para utilização pelo pessoal do controlo de tráfego aéreo. Esta informação pode incluir, mas não está limitada a, endereço de Modo S, número de identificação do voo e dados de altitude, dependendo do tipo de resposta solicitada. Cada RU envia então os dados com o seu indicativo da hora através de uma ligação de dados para a unidade de processamento 3 para avaliação adicional. Adicionalmente, a RU transmissor/receptor 4 proporciona o tempo de transmissão do sinal de interrogação 7 através da ligação de dados para 16 ΡΕ1654561 a unidade de processamento 3. A unidade de processamento agrupa os dados descodificados contendo cada agrupamento uma transmissão especifica recebida em cada RU proveniente de um alvo especifico. 0 agrupamento é realizado tipicamente através da identificação do número do alvo, endereço do Modo S, ou Código de Modo 3/A; no entanto estão também disponíveis outros métodos comprovados. Como será explicado abaixo em mais detalhe, a unidade de processamento realiza então cálculos utilizando os dados do alvo e tempo de transmissão registado do sinal de interrogação proporcionado pelas RUs para determinar a localização precisa do alvo. 0 tempo que a interrogação foi enviada pela RU transmissor/receptor 4 para o alvo é conhecido, como é o atraso interno do "transponder" do alvo, e o tempo de chegada do sinal de retorno do alvo à RU transmissor/receptor 4. Estes dados são utilizados para calcular o atraso de ida e volta para determinar a distância precisa do alvo. Numa forma de realização preferida, é utilizada a mesma antena tanto para transmitir como para receber o sinal utilizado para o cálculo da distância. Desta maneira, a distância precisa da aeronave alvo pode ser calculada com base apenas nos dados do atraso de ida e volta pela seguinte fórmula: RTD ~~ atraso^, ——-——*c 17 ΡΕ1654561 onde : R = Distância RTD = Atraso de ida e volta (tempo decorrido desde a transmissão do sinal de interrogação até à recepção do sinal de resposta) atraso = atraso interno do "transponder" do alvo c = velocidade da luz

Numa outra forma de realização, no entanto, como se mostra na Figura 4, uma RU transmissor 40 poderá ser utilizado em combinação com três RUs receptor 60 (isto é, a transmissão e recepção do sinal não são através da mesma antena) . Se é adoptada esta forma de realização, a distância precisa do alvo será conhecida apenas após ser calculado o azimute do alvo. Ou seja, dado que o atraso de ida e volta é medido a partir da antena do RU transmissor 40 para a antena de uma das RUs receptoras 60, a distância precisa do alvo não será conhecida até que o azimute do alvo seja também calculado. Em ambos os cenários apresentados nas Figuras 3 e 4, no entanto, dado que a distância é calculada a partir dos dados do atraso de ida e volta, as questões de GDOP associadas às técnicas de multilateração da arte anterior são ultrapassadas e as exactidões das distâncias melhoram dramaticamente (por exemplo, para distâncias para fora do aeroporto de mais de 18 ΡΕ1654561 20 milhas) sem qualquer alteração na infra-estrutura da RU. A utilização do atraso de ida e volta para calcular a distância do alvo quer sozinha (Figura 3) ou em combinação com o azimute do alvo (Figura 4) é apenas um passo do processo. O passo seguinte requer a utilização dos dados de TDOA agrupados para cada alvo. Especificamente, os TDOAs entre as respostas do "transponder" pertencentes ao mesmo agrupamento são calculados utilizando o TOA de uma RU como uma referência, o que elimina efectivamente desvios no tempo sistemáticos. Este conjunto de TDOAs será referido como TDOAs medidos. Uma primeira aproximação do azimute é então calculada avaliando os TDOAs medidos em conjunção com as posições conhecidas das RUs utilizando uma aproximação linear.

Os dados são refinados adicionalmente através de uma pesquisa em azimute em torno da primeira aproximação do azimute que melhor se ajuste ao TDOA medido na distância e altura medidas. A altura é calculada a partir dos dados de altitude incluídos na resposta do "transponder" como é bem conhecido na arte. Em referência à Figura 5, é criado um arco 9 próximo da primeira aproximação do azimute e a distância e altura são determinados a partir dos dados de altitude da resposta do "transponder" (sinal de retorno). Na forma de realização preferida da invenção (Figura 3), o arco criado representa uma porção de um círculo devido ao facto de que foi utilizada a mesma antena para transmitir a interrogação e para receber o sinal de resposta do 19 ΡΕ1654561 "transponder" para utilização no cálculo da distância (com base no atraso de ida e volta) , o que simplifica grandemente a pesquisa. Se forem utilizadas antenas diferentes para transmitir a interrogação e para receber o sinal de resposta (Figura 4), então o arco representará uma porção de uma elipse. Embora isto complique de alguma forma o algoritmo de pesquisa, a pesquisa pode ainda ser realizada com pouca ou nenhuma degradação na precisão.

Apenas como um exemplo, o arco é seleccionado para ter aproximadamente o dobro da dimensão da linha de base da antena (distância entre as duas RUs que estão mais afastadas), e dez pontos individuais (azimutes) 10, tendo cada um o mesmo atraso de ida e volta (RTD) conforme o calculado a partir do sinal de resposta, são tomados ao longo do arco 9. Para cada ponto de azimute na pesquisa, o TDOA é calculado a partir de um modelo conhecido, descrito abaixo. Este conjunto de TDOAs serão referidos como TDOAs esperados. É então calculado o erro mínimo entre os TDOAs esperados e os TDOAs medidos. Como esboçado na Figura 6, é seleccionado o azimute associado aos TDOAs esperados que produza o erro mínimo 11. Preferivelmente, o arco é então reduzido para uma décima da sua dimensão inicial cerca do novo azimute e é tomado um segundo conjunto de dez novos pontos sobre o arco mais pequeno. Este processo é reiterado um número pré-determinado de vezes com base em parâmetros do sistema incluindo, como exemplo, a dimensão da linha de base das antenas e as precisões em distância das antenas. 0 número de iterações é particular para um dado sistema e é 20 ΡΕ1654561 determinado durante a implementação do sistema.

Dado que a distância precisa tem sido determinada a partir dos dados do atraso de ida e volta e a altura tem sido calculada a partir dos dados de altitude proporcionados pela resposta do "transponder", a função de pesquisa é realizada a uma dimensão, reduzindo dessa forma significativamente a complexidade em comparação com uma pesquisa do tipo multilateração. Podem ser utilizados outros métodos de avaliação da função de pesquisa tais como as técnicas de Taxa de Descida Máxima com resultados similares na precisão.

As coordenadas x, y e z são então determinadas a partir do azimute e distância calculados finalmente, e da altura conforme calculada a partir doa dados de altitude no sinal de resposta do "transponder" para proporcionar a localização precisa a três dimensões do alvo. Estes dados são então tornados disponíveis para os operadores de controlo de tráfego aéreo para apresentação. A Figura 7 apresenta um fluxograma dos passos em concordância com esta forma de realização da presente invenção. O primeiro passo é de organizar uma pluralidade de elementos de antena, preferivelmente dentro dos limites do um aeroporto. Numa forma de realização preferida, pelo menos um dos elementos de antena deverá tanto transmitir como receber o sinal (RU transmissora/receptora), enquanto que os elementos restantes podem ser RUs apenas receptoras. 21 ΡΕ1654561 A RU transmissora/receptora transmite um sinal para o alvo, e o alvo transmite um sinal de resposta com dados conhecidos (por exemplo, identificação da aeronave, altitude, etc.)· 0 sinal de resposta é recebido quer pela antena da RU transmissora/receptora que transmitiu o sinal de interrogação quer por outra antena RU. 0 sinal de resposta é também recebido por pelo menos duas RUs adicionais. Os dados recebidos são descodificados e marcado com o indicativo da hora com a informação de TOA, e então enviados para a unidade de processamento 3 onde são agrupados e utilizados para calcular a distância e azimute inicial (aproximado) do alvo.

Em concordância com a forma de realização preferida apresentada na Figura 3, o sinal de resposta é recebido através da mesma antena que transmitiu o sinal de interrogação de forma que o atraso de ida e volta pode ser utilizado para proporcionar a distância precisa do alvo. 0 TDOA medido é então calculado e avaliado para determinar o azimute inicial do alvo, e após isso é realizada a função de pesquisa em torno do azimute inicial para compensar erros não lineares. A função de pesquisa é repetida um número pré-determinado de vezes com base em parâmetros do sistema. A localização precisa a três dimensões do alvo é então determinada (novamente, a altura do alvo é determinada pelos dados de altitude no sinal de resposta proveniente do alvo).

Em concordância com esta forma de realização da 22 ΡΕ1654561 presente invenção, é utilizado um algoritmo especifico para determinar o azimute inicial (aproximado) do alvo. É utilizado um outro algoritmo especifico para realizar a função de pesquisa em torno do azimute inicial e proporcionar um azimute mais preciso para o alvo. A maneira pela qual estes algoritmos foram desenvolvidos será agora descrita.

Está apresentada na Figura 8 uma representação geométrica da recepção do sinal de resposta por duas RUs. A expressão exacta para o TDOA medido é derivada utilizando o teorema dos cossenos como se segue: rl2 -rO3 - 2 ♦ rO ♦ # *cos(phi) e

Quando desenvolvida em série de Taylor torna-se uma expressão linear para a << rO: rl = r0 + α - cos{phi) e r1 - rO - «* cos(phi) 23 ΡΕ1654561

Note-se que rl - rO representa a diferença em distância entre o alvo e as respectivas RUs. A variável u pode ser calculada directamente a partir do TDOA medido utilizando uma operação algébrica simples: tdoa' c u ~--— a (onde u é o cosseno do ângulo phi e c é a velocidade da luz) .

Utilizando o sistema de coordenadas esboçado na Figura 9, esta aproximação é estendida para o caso a três dimensões como se segue: (1) rl ~ onde: rl (x, y, z) (xl, yl, zl)

Distância verdadeira a partir do alvo à RU. Coordenadas do alvo.

Coordenadas da RU receptora. A representada distância como rO: do alvo a partir da origem é ΡΕ1654561 - 24 -

Para rO >> (xl, yl, zl) a aproximaçao em expansão linear a partir da Série de Taylor apropriada torna-se:

Denotando M “ — = COs(e/)*COs(az)

rO

(4) v ~ ·*~* — cos(e/)* sin(a^) rO

w - — « sm\e< rO (onde az e el são respectivamente o azimute e elevaçao). A expressão para a distância torna-se então: (5) r - rO - xl -u~yl'V~zl< w Como um perito na arte pode reconhecer, avaliar apenas a porção linear da Série de Taylor induzirá erros não lineares mas ainda assim dará uma primeira aproximação aceitável do azimute. 0 impacto destes erros será mitigado através da função de pesquisa descrita em detalhe mais tarde. 0 TOA para cada receptor (RU) é: c 4- desvios sistemáticos no tempo 25 ΡΕ1654561

Os desvios sistemáticos no TOA xistem devido ao TOA medido não ser absoluto em relação ao tempo no dia.

Utilizando múltiplos receptores, a equaçao acima pode ser generalizada para uma forma de matriz: <n

'TOM' TOÂ2 *. c 'xl yl zl ^ x2 y2 22 JOÂn/ V -f desvios sistemáticos no tempo ou numa notaçao mais curta:

mat fitil - u ___ mat -f desvios sistemáticos no tempo c (ru_mat_full contém as localizações de todos os receptores), (u_mat é o vector direcção no espaço dos senos). 0 desvio sistemático no TOA é comum a todos os receptores. Portanto, tomando uma UR como uma referência e subtraindo o seu TOA a todos os outros TOA das RUs, pode ser eliminado o desvio sistemático do TOA e são determinados os TDOAs medidos. É escolhida tipicamente a primeira RU a fornecer dados como a RU de referência, no entanto pode ser utilizada qualquer RU. Portanto, a expressão relevante da matriz é: ΡΕ1654561 26 - TDOAl λ Λχ2-χϊ y2-yl 22-zi^ TDOA2 x3-xl y3-yl z3-zl Cu' (9) ♦ „ 1 *! V , c JDOA, -xl ...........,zB -zl j onde

(9,1) TDOA1 ™TO A2-TOAI, Τ0ΟΑ2«ΤΟΑ3-ΤΟΑ1, ...., TuDOÀ» TOA « - TOAI A variável w depende de u, v de acordo com: (10) w2 + v2 + w2 «t 1 equaçao

Portanto, é suficiente encontrar apenas u, v e a (9) pode reduzir-se a: rTDOAl λ '%2-xl y2-yí > TDOAl x3~xl y3-yl > __ 1 * - c JDOA^ ^xB-xl ...ya -ylj (H) A equaçao (11) pode ser escrita numa forma mais 27 ΡΕ1654561 compacta como: (12) TDOA vec~~~-dru mat - u vec c A melhor solução do estimador (MMSE ou ML) para a equação (12) é: (13) u vec-cAâru matT dru mat\ matT -TDOA vec

V / ·«· J VhM. VM 0 vector direcçao no espaço dos senos é uma multiplicação de uma matriz fixada que depende das localizações das RUs e do vector TDOA medido e fornece o azimute inicial.

Deverá ser notado que a equação (11) iqnora as coordenadas z dos receptores. Isto é efectuado de forma a manter a linearidade da equação. A contribuição de z para a distância a partir do receptor para o alvo é negligenciável em comparação com contribuição de x e de y. Deverá ser também notado que os passos subsequentes do algoritmo compensam o z.

Realizando uma pesquisa de optimização a uma dimensão em azimute compensa os erros não lineares. A pesquisa é realizada criando um arco em torno da primeira aproximação do azimute na distância e altura calculadas a partir dos dados de altitude no sinal de resposta do "transponder" como definido anteriormente. São 28 ΡΕ1654561 seleccionados um número pré-determinado de pontos sobre o arco para avaliação, tendo cada ponto seleccionado o mesmo atraso de ida e volta (RTD) conforme calculado a partir do sinal de resposta do "transponder". É assumido que a distância e a altura são constantes, dado que são dados pelo sinal de resposta do "transponder". No evento de a altura não estar disponível, esta é definida como zero, e o algoritmo encontrará a projecção da coordenada sobre o plano x-y.

Para realizar a pesquisa, o TDOA esperado para cada azimute é calculado a partir do modelo conhecido esboçado na Figura 9 como se segue: 1. São calculados os x, y, z do ponto seleccionado sobre o arco utilizando equações trigonométricas simples assumindo um circulo com um RTD constante para um caso de transmissor/receptor utilizando a mesma antena, ou uma elipse com um RTD constante se o transmissor e receptor estão a utilizar antenas diferentes. 2. É calculada a distância a cada RU utilizando os x, y, z calculados anteriormente sobre o arco e os xl, yl, zl conhecidos da RU seleccionada. Este passo é repetido para cada RU. 3. É calculado o TOA esperado em cada RU dividindo a distância pela velocidade da luz (c). 29 ΡΕ1654561 4. É subtraído o TOA da RU de referência (a RU de referência é a mesma que foi escolhida para calcular o TDOA medido) dos TOAs de cada RU individual. 5. 0 resultado é o vector TDOA esperado a ser utilizado na avaliação da função de pesquisa. É então avaliada a seguinte função de custo para a pesquisa de azimute: (14) st - meaSj - tdoa __ expectec^az,^, R, íf)]2 onde: tdoa_meaSj TDOA medido na RU #j tdoa_expected (azij, R, H) TDOA esperado no iesimo azimute para a RU #j A distância R e altura H são mantidas constantes, iguais à informação derivada a partir do sinal de resposta do "transponder". A função é calculada sobre i pontos (por exemplo 10), onde cada ponto tem o mesmo atraso de ida e volta (RTD) conforme o calculado a partir do sinal de resposta do "transponder" como mencionado anteriormente, e é seleccionado o azimute associado ao TDOA esperado que produza o erro mais baixo. No evento de a altura não estar disponível, esta é definida como zero, e o algoritmo 30 ΡΕ1654561 encontrará a projecção da coordenada sobre o plano x-y. A função de pesquisa é repetida criando um novo arco mais pequeno (por exemplo com uma décima da dimensão do arco original) em torno do novo azimute (isto é, que produza o erro mais baixo). A função de custo é então repetida sobre um segundo conjunto i de pontos (por exemplo 10) . Novamente, é seleccionado o azimute associado ao TDOA esperado que produza o erro mais baixo. Este processo da função de pesquisa é repetido um número pré-determinado de vezes, conforme discutido anteriormente, com o azimute final que produza o erro do TDOA mais baixo a partir da função de custo.

Dividindo a altura pela distância calculada a partir dos dados do TDOA e tomando a função inversa do seno do resultado dá a elevação do alvo. Uma vez a elevação e o azimute óptimos terem sido determinados, são calculadas as coordenadas a três dimensões como se segue:

z= Altura onde:

R az_c

Distância medida

Azimute óptimo conforme calculado pelo processo de pesquisa 31 ΡΕ1654561

Altura = Calculada a partir dos dados de altitude na resposta do "transponder".

Se a altura não puder ser calculada a partir da resposta do "transponder", esta é definida como zero e apenas são calculadas as coordenadas x e y.

Se for recebido um sinal de "transponder" que não seja em resposta a uma interrogação proveniente de uma RU, então a distância não pode ser determinada a partir da informação do RTD. Em algumas circunstâncias deste cenário, a altura pode também não estar disponível, tal como o sinal proveniente do alvo não incluir dados de altitude. Se a altura e a distância não estão disponíveis, então este método computa o azimute e elevação aproximados directamente a partir da equação (13). A precisão dependerá da razão entre a linha de base das antenas e da distância, e melhorará à medida que a distância aumenta. Uma outra aproximação é a dimensão z do agregado de antenas. A aproximação melhorará se a dimensão z do agregado de antenas diminuir relativamente à linha de base.

Pode ser empregue um método idêntico para a localização de alvos por radar se é utilizada uma RU como transmissor de radar e múltiplas RUs como receptores de radar. Como descrito previamente, a distância pode ser calculada a partir do atraso de ida e volta e o azimute a partir da informação do TDOA. 32 ΡΕ1654561

Outra forma de realização da presente invenção será agora descrita com referência às Figuras 1-3 e 10. Como na primeira forma de realização, são colocadas um número de RUs em posições conhecidas dentro dos limites do aeroporto como se mostra na Figura 1 e qualquer combinação de pelo menos três receptores e um transmissor são necessários para proporcionarem a localização a três dimensões de alvos dentro e em torno do aeroporto onde as RUs podem apenas receber, apenas transmitir, ou tanto transmitir como receber.

Como na primeira forma de realização cada RU inclui um dispositivo TOA 2 para proporcionar um indicativo da hora preciso do Tempo de Chegada (TOA) de cada sinal de "transponder" recebido de um alvo. As RUs 1 são ligadas por um meio de comunicação a uma unidade de processamento 3. O fluxo de sinal entre uma RU transmissora/receptora RU 4, um alvo 5 e duas RUs receptoras 6 é como se mostra na Figura 3. 0 sinal de interrogação 7 é enviado a partir da RU transmissora/receptora 4 para solicitar uma resposta 8 do "transponder" 5 do alvo. A RU transmissora/receptora 4 regista o tempo de transmissão do sinal de interrogação 7 para utilização ulterior no cálculo da distância do alvo. O "transponder" no interior do alvo responde automaticamente dentro de um intervalo de tempo conhecido sujeito a uma tolerância como será descrito mais tarde. O sinal de resposta é recebido na totalidade das RUs 4, 6, 6 onde os dados são descodificados e marcados com um indicativo da hora do Tempo de Chegada (TOA) a partir do dispositivo de 33 ΡΕ1654561 TOA 2. Cada RU envia então os dados com o seu indicativo da hora através de uma ligação de dados para a unidade de processamento 3 para avaliação adicional. Adicionalmente, a RU transmissora/receptora 4 proporciona o tempo de transmissão do sinal de interrogação 7 através da ligação de dados para a unidade de processamento 3. A unidade de processamento agrupa os dados descodificados contendo cada agrupamento uma transmissão especifica recebida em cada RU proveniente de um alvo especifico. 0 agrupamento é realizado tipicamente através do número de indicação do alvo, endereço de Modo S, ou Código Modo 3/A; no entanto estão também disponíveis outros métodos comprovados. Como será explicado abaixo em mais detalhe, a unidade de processamento realiza então cálculos utilizando os dados do alvo e tempo de transmissão registados do sinal de interrogação proporcionado pelas RUs para determinar a localização precisa do alvo.

Quando a altura do alvo é conhecida, pode ser calculada uma estimativa da posição a duas dimensões (x, y) do alvo e a altura utilizada como a coordenada z para proporcionar uma estimativa a três dimensões. A altura pode ser calculada a partir dos dados de altitude proporcionados pelo alvo no sinal de resposta do "transponder" ou alternativamente, a altura pode ser conhecida por uma determinação de que o alvo está no solo. Em qualquer caso, a saída final dos algoritmos apoiados na distância desta forma de realização da presente invenção é uma posição x, 34 ΡΕ1654561 y, z precisa do alvo dado que a altura proporcionada é utilizada para fornecer a coordenada z. 0 passo seguinte é o de determinar se a distância do alvo pode ser utilizada no cálculo da estimativa da posição. A distância é calculada pela fórmula da distância divulgada previamente. É realizado um teste de limite de distância para determinar se a distância calculada pode ser utilizada. 0 teste de limite de distância é necessário devido às variações no tempo de processamento do sinal do sinal de interrogação 7 pelo "transponder" do alvo. Os tempos de processamento nos "transponders" que produzem o sinal de resposta estão sujeitos a uma tolerância de no máximo ±0,5 ps do valor nominal, o que pode resultar em erros na distância de aproximadamente 250 pés. Estes erros tornam-se negligenciáveis em distâncias longe do aeroporto, no entanto, para alvos mais próximos estes erros tornam-se proibitivos devido à razão entre o erro e a distância do alvo. Portanto, quando o alvo está dentro de uma distância pré-determinada do aeroporto é desejável calcular a posição do alvo sem utilizar a distância calculada a partir dos dados de RTD. O limite de distância é determinado durante a implementação do sistema e proporcionado à unidade de processamento 3.

Para determinar a posição a duas dimensões do alvo utilizando a distância calculada a partir dos dados de RTD, as coordenadas das RUs que receberam os sinais, os TOAs medidos, a altura disponibilizada, a distância 35 ΡΕ1654561 calculada e a RU a partir da qual a distância foi medida são a entrada para o Algoritmo Apoiado na Distância em Forma Fechada a Duas Dimensões da presente invenção. 0 Algoritmo Apoiado na Distância em Forma Fechada a Duas Dimensões proporciona uma estimativa da posição do alvo num sistema de coordenadas Cartesianas como dados x, y, z utilizando a altura disponibilizada como coordenada z. 0 algoritmo ordena primeiro as coordenadas da RU e os seus TOAs associados de forma a definir RUi no algoritmo como a RU a partir da qual a distância é medida. Isto é significativo porque os TOAs provenientes das restantes RUs são então subtraídos do TOA da RUi para calcular a Diferença dos Tempos de Chegada (TDOAs) utilizados para calcular a estimativa da posição. As coordenadas das RUs são então traduzidas de forma que a RUi fica na origem do sistemas de coordenadas Cartesianas e é calculada a distância a partir das RUs restantes até à nova origem (RUi) . É desenvolvida uma matriz de valores das posições das RU e é calculado um novo vector que combina os TDOAs e as distâncias das RUs a partir da qual a estimativa da posição está disponível directamente. A estimativa da posição neste ponto está num sistema de coordenadas Cartesianas com RUi na origem de forma que é necessário efectuar de novo a tradução para o sistema de coordenadas Cartesianas original com o centro do sistema na origem para a estimativa da posição final do alvo na forma x, y, z com a altura disponibilizada utilizada como coordenada z. 36 ΡΕ1654561 A estimativa da posição proveniente do Algoritmo Apoiado na Distância em Forma Fechada a Duas Dimensões é adicionalmente refinada através do Algoritmo Apoiado na Distância de MLE a Duas-Dimensões (Estimativa de Posição de Máxima Verosimilhança). 0 Algoritmo Apoiado na Distância de MLE a Duas Dimensões requer, como entradas, a estimativa de posição inicial do alvo (com a altura utilizada como a coordenada z), coordenadas das RUs, TOAs medidos associados, medidas de distância e RU a partir da qual a distância foi medida (RUi) . 0 Algoritmo Apoiado na Distância de MLE a Duas Dimensões é uma solução iterativa que faz continuamente aproximações de uma nova estimativa da posição e calcula TOAs esperados correspondentes às novas estimativas da posição. 0 Algoritmo Apoiado na Distância de MLE a Duas Dimensões inclui adicionalmente uma função de custo que mede o erro entre os TOAs calculados e os TOAs medidos. Para o cálculo da estimativa da posição, a função de custo é definida para ser a norma entre TOAs esperados correspondendo à estimativa da posição e os TOAs medidos com a medição da distância incluída como será mais descrito especificamente posteriormente. Podem ser utilizados outros métodos de avaliação da função de pesquisa tais como o Método de Newton-Raphson e o Método de Nelder-Mead com resultados similares em precisão. A Figura 10 apresenta um fluxograma dos passos em concordância com esta forma de realização da presente invenção. O primeiro passo é o de organizar uma pluralidade de elementos de antena (RUs), preferencialmente dentro dos 37 ΡΕ1654561 limites de um aeroporto. Pelo menos um dos elementos de antena deverá ser capaz tanto de transmitir como de receber (RU transmissor/receptor) , enquanto que os elementos restantes podem ser URs apenas receptoras.

As RUs transmissor/receptor transmitem um sinal de interrogação para o alvo e regista o tempo de transmissão. 0 "transponder" do alvo transmite um sinal de resposta com dados conhecidos (por exemplo, endereço de Modo S, identificação da aeronave, altitude, etc.). A RU que transmitiu o sinal de interrogação e pelo menos duas RUs adicionais não sujeitas a questões de linha de vista ou de percursos múltiplos recebem a resposta. Os dados recebidos são descodificados e marcados com o indicativo da hora com a informação do TOA. Os dados recebidos, TOA, e tempo de transmissão registado do sinal de interrogação são então enviados para a unidade de processamento 3. A unidade de processamento 3 agrupa os dados do alvo de forma a que um agrupamento contenha informação proveniente de uma única transmissão pelo mesmo alvo recebida por múltiplas URs.

Para calcular a estimativa da posição a duas dimensões, é primeiro realizada uma determinação se se utiliza a distância calculada a partir dos dados RTD para melhorar a precisão da estimativa da posição. Se é efectuada a determinação de utilizar a distância no cálculo, então é calculada uma estimativa da posição a duas dimensões utilizando o Algoritmo Apoiado na Distância em Forma Fechada a Duas Dimensões da presente invenção. A 38 ΡΕ1654561 estimativa da posição a duas dimensões calculada é adicionalmente refinada através do Algoritmo Apoiado na Distância de MLE a Duas Dimensões com a altura disponibilizada utilizada para a coordenada z como discutido anteriormente. 0 algoritmo apoiado na distância a duas dimensões será agora descrito em detalhe.

Algoritmo Apoiado na Distância em Forma Fechada a Duas Dimensões.

As entradas para o Algoritmo Apoiado na Distância em Forma Fechada a Duas Dimensões inclui:

- Coordenadas de RU - TOAs medidos associados - Componente Z da posição z' do alvo - Distância medida (R) - RU a partir da qual foi medida a Distância (RUr) A saída do Algoritmo Apoiado na Distância em Forma Fechada a Duas Dimensões é uma estimativa da posição do alvo. 39 ΡΕ1654561 0 primeiro passo é o de ordenar as coordenadas da RU e os seus associados TOAs no algoritmo de forma a que RUi seja a RU a partir da qual a distância seja medida. 0 passo seguinte é o de calcular TDOAs utilizando o primeiro TOA (proveniente da RUi) como referência: di = ti - t2 d2 = ti - t3

Em seguida, as coordenadas de RU são traduzidas de forma a que RUi está na origem:

I

X z 2 -z 1

X l ^3 }

t z = z — z 1 40 ΡΕ1654561

Em seguida, é calculada a distância desde as RUs até à origem no sistema de coordenadas traduzido:

Então é desenvolvida uma matriz de valores de coordenadas de RU:

A 2x2 2y2 2x3 -2 y3

Note-se que os elementos da matriz acima são mais tarde referidos como Aij onde (i,j) são a linha e a coluna respectivamente.

Em seguida, é desenvolvido um novo vector combinando os TDOAs e as distâncias das RU: ôj = ά\ -Rl ~~ 2djR + 2tz%

i2 ~~2dtR*2zz% A partir daqui é calculada a estimativa da 41 ΡΕ1654561 posição a duas dimensões do alvo: m =4.(¾ -24.8)+4,(¼ -2dzR) yP\ ” -^23 (¾ ~ + Α22Φ2 ~~ 2d2R)

Recorde-se que as coordenadas das RUs foram traduzidas no inicio do processo de forma a que a RUi esteja na origem. Portanto, é necessário traduzir a estimativa da posição para o sistema de coordenadas original para a estimativa da posição final: x( ^xpx +x\ yt *=m zt — z A saida do Algoritmo Apoiado na Distância em Forma Fechada a Duas Dimensões é a estimativa da posição (xi, yi, Zi) .

Algoritmo Apoiado na Distância de MLE a Duas

Dimensões. A entrada para o Algoritmo Apoiado na Distância 42 ΡΕ1654561 de MLE a Duas Dimensões consiste de:

- Coordenadas RU - TOAs medidos associados - Estimativa da Posição Inicial (x±, yi, z±) - Medição da Distância (Rm) - RU a partir da qual se mede a distância A saída do Algoritmo Apoiado na Distância de MLE a Duas Dimensões é uma localização precisa do alvo na forma x, y, z. zi) e os

Novamente, o primeiro passo é o de ordenar as RUs no algoritmo de forma a que RUi seja a RU a partir da qual a distância foi medida. 0 Algoritmo Apoiado na Distância de MLE a Duas Dimensões é uma solução iterativa que requer uma suposição inicial (estimativa da posição x±, yír z±) para começar e cria continuamente aproximações de uma nova estimativa da posição. Os TOAs esperados são calculados para cada nova estimativa da posição e a função de custo do Algoritmo Apoiado na Distância de MLE a Duas Dimensões mede o erro entre os TOAs calculados e os TOAs medidos. Para o cálculo da posição final, a função de custo é definida para ser a norma da diferença entre os TOAs esperados derivados a partir da actual estimativa da posição (x±, yif 43 ΡΕ1654561 TOAs medidos. Novamente, a distância é incluída para melhorar a precisão da posição calculada final do alvo. 0 Algoritmo Apoiado na Distância de MLE a Duas Dimensões é iterado até que as estimativas subsequentes estejam suficientemente próximas conjuntamente de forma a que a função de custo devolva um valor igual a ou menor que um valor pré-determinado.

ΡΕ1654561 44 /(ar-Xj)5 + (y~y2)2 +(2-¾)2-fé+y* +22 ~c(f2 ~íf) j(x~xx)2 +(y~y,,,f +(2-½)2 ~^TfTz% ~c(tN -tj) '*a+y*+a* -lSi - /)2 + Λ2 + · “+/#-1+ /« 0 MLE altera a estimativa (x±, yi, zi) até que a função f seja minimizada.

Outra forma de realização da presente invenção será agora descrita com referência às Figuras 1-2 e 11-12. Como nas formas de realização anteriores, um número de RUs são colocadas em posições conhecidas dentro dos limites do aeroporto como se mostra na Figura 1. No entanto, nesta forma de realização é requerida uma qualquer combinação de pelo menos quatro receptores e um transmissor para proporcionar a localização a três dimensões de alvos dentro e em torno do aeroporto. Novamente, as RUs podem apenas receber, apenas transmitir, ou tanto transmitir como receber e podem ser requeridas RUs adicionais para ultrapassar questões de obstruções de Linha de Vista (LOS) e de percursos múltiplos.

Como nas formas de realização anteriores cada RU inclui um dispositivo de TOA 2 para proporcionar um 45 ΡΕ1654561 indicativo da hora preciso do Tempo de Chegada (TOA) de cada sinal de "transponder" recebido de um alvo. As RUs 1 são ligadas por um meio de comunicações a uma unidade de processamento 3. 0 fluxo do sinal entre uma RU transmissora/receptora 4, um alvo 5 e três RUs receptoras 6 está apresentado na Figura 11. 0 sinal de interrogação 7 é enviado a partir da RU transmissora/receptora 4 para solicitar uma resposta 8 do “transponder" do alvo 5. A RU transmissora/receptora 4 regista o tempo da transmissão do sinal de interrogação 7 para ulterior utilização no cálculo da distância do alvo. 0 "transponder" dentro do alvo responde automaticamente dentro de um intervalo de tempo conhecido sujeito a uma tolerância como anteriormente descrito. 0 sinal de resposta é recebido em todas as RUs 4, 6, 6, 6 onde os dados são descodificados e marcados com o indicativo da hora com o seu Tempo de Chegada (TOA) proveniente do dispositivo TOA 2. Cada RU envia então os dados com a sua marca do indicativo da hora através de uma ligação de dados para a unidade de processamento 3 para avaliação adicional. Adicionalmente, a RU transmissora/receptora 4 proporciona o tempo de transmissão do sinal de interrogação 7 através da ligação de dados para a unidade de processamento 3. A unidade de processamento agrupo os dados descodificados com cada agrupamento contendo uma transmissão especifica recebida em cada RU a partir de um alvo especifico. 0 agrupamento é realizado tipicamente através do número de identificação do alvo, endereço do - 46 - ΡΕ1654561

Modo S, ou Código do Modo 3/A; no entanto estão também disponíveis outros métodos comprovados. Como será explicado abaixo em mais detalhe, a unidade de processamento realiza então cálculos utilizando os dados do alvo e tempo de transmissão registado do sinal de interrogação proporcionados pelas RUs para determinar a localização precisa do alvo. 0 passo seguinte é o de determinar se a distância do alvo pode ser utilizada no cálculo da estimativa da posição. É realizado um teste de limite de distância devido a variações nos tempos de processamento do "transponder" do alvo como descrito anteriormente. Para determinar a posição a três dimensões do alvo utilizando a distância calculada a partir dos dados de RTD em concordância com esta forma de realização da presente invenção, as coordenadas das RUs que receberam os sinais, os TOAs medidos, a distância calculada e a RU a partir da qual a distância foi medida são introduzidos no Algoritmo Apoiado na Distância em Forma Fechada a Três Dimensões da presente invenção. 0 Algoritmo Apoiado na Distância em Forma Fechada a Três Dimensões proporciona uma estimativa da posição do alvo num sistema de coordenadas Cartesianas como dados x, y, z e é similar ao Algoritmo Apoiado na Distância em Forma Fechada a Duas Dimensões como será visto na descrição seguinte. 0 algoritmo primeiro ordena as coordenadas da RU e os seus TOAs associados de forma a definir RUi no algoritmo como a RU a partir da qual a distância é - 47 - ΡΕ1654561 calculada. Isto é significativo por os TOAs provenientes das restantes RUs serem então subtraídos do TOA da RUi para calcular as Diferenças dos Tempos de Chegada (TDOAs) utilizadas para calcular a estimativa da posição. As coordenadas das RUs são então traduzidos de forma a que a RUi esteja na origem do sistema de coordenadas Cartesianas e seja calculada a distância desde as restantes RUs para a nova origem (RUi) . É desenvolvida uma matriz de valores de posição de RU e é calculado um novo vector que combina os TDOAs e as distâncias das RU a partir do qual a estimativa da posição é directamente disponibilizada. A estimativa da posição neste ponto está num sistema de coordenadas Cartesianas com RUi na origem de forma que é necessário traduzi-la de novo para o sistema de coordenadas Cartesianas original com o centro do sistema na origem para a estimativa da posição final do alvo na forma x, y, z. A estimativa da posição proveniente do Algoritmo Apoiado na Distância em Forma Fechada a Três Dimensões é adicionalmente refinado através do Algoritmo Apoiado na Distância de MLE (Estimativa de Posição de Máxima Verosimilhança) a Três Dimensões. 0 Algoritmo Apoiado na Distância de MLE a Três Dimensões requer, como entradas, a estimativa da posição inicial do alvo, coordenadas das RUs, TOAs medidos associados, medição da distância e RU a partir da qual a distância foi medida (RUi) . 0 Algoritmo Apoiado na Distância de MLE a Três Dimensões é uma solução iterativa que continuamente faz aproximações de uma nova estimativa da posição e calcula TOAs esperados 48 ΡΕ1654561 correspondentes às novas estimativas de posição. 0 Algoritmo Apoiado na Distância de MLE a Três Dimensões inclui adicionalmente uma função de custo que mede o erro entre os TOAs calculados e os TOAs medidos. Para o cálculo da estimativa da posição, a função de custo é definida para ser a norma entre os TOAs esperados correspondentes à estimativa da posição e os TOAs medidos com a medição da distância incluída como será mais especificamente descrito posteriormente. Podem ser utilizados outros métodos de avaliação da função de pesquisa tais como o Método de Newton-Raphson e o Método de Nelder-Mead com resultados similares em precisão. A Figura 12 apresenta um fluxograma dos passos em concordância com esta forma de realização da presente invenção. 0 primeiro passo é o de organizar um mínimo de quatro elementos de antena (RUs), preferencialmente dentro dos limites de um aeroporto. Pelo menos um dos elementos de antena deverá ser capaz de tanto transmitir como receber (RU transmissora/receptora), enquanto que os restantes elementos podem ser RUs apenas receptoras. A RU transmissora/receptora transmite um sinal de interrogação para o alvo e regista o tempo de transmissão. 0 "transponder" do alvo transmite um sinal de resposta com dados conhecidos (por exemplo, endereço de Modo S, identificação de aeronave, altitude, etc.). A RU que transmitiu o sinal de interrogação e pelo menos três RUs adicionais não sujeitas a questões de linha de vista ou de 49 ΡΕ1654561 percursos múltiplos recebem a resposta. Os dados recebidos são descodificados e marcados com o indicativo da hora com a informação do TOA. Os dados recebidos, TOA, e tempo de transmissão registado do sinal de interrogação são então enviados para a unidade de processamento 3. A unidade de processamento 3 agrupa os dados do alvo de forma a que um agrupamento contenha informação proveniente de uma única transmissão pelo mesmo alvo recebida por múltiplas RUs.

Para calcular a posição a três dimensões, é primeiro efectuada uma determinação sobre se se utiliza a distância calculada a partir dos dados RTD para melhorar a precisão da estimativa da posição. Se é efectuada a determinação de utilizar a distância no cálculo então é calculada a estimativa da posição a três dimensões utilizando o Algoritmo Apoiado na Distância em Forma

Fechada a Três Dimensões da presente invenção. A estimativa da posição a três dimensões é adicionalmente refinada através do Algoritmo Apoiado na Distância de MLE a Três Dimensões.

Os algoritmos apoiados na distância a três dimensões serão agora descritos em detalhe.

Algoritmo Apoiado na Distância em Forma Fechada a Três Dimensões.

As entradas para o Algoritmo Apoiado na Distância em Forma Fechada a Três Dimensões incluem: 50 ΡΕ1654561

- Coordenadas de RU - TOAs medidos associados - Distância medida (R) - RU a partir da qual a Distância foi medida (RUr) A saída do Algoritmo Apoiado na Distância em Forma Fechada a Três Dimensões é uma estimativa da posição do alvo. O primeiro passo é o de ordenar as coordenadas da RU e seus TOAs associados no algoritmo de forma a que a RUi seja a RU a partir da qual a distância é medida. O passo seguinte é o de calcular as Diferenças dos Tempos de Chegada (TDOAs) utilizando o primeiro Tempo de Chegada (proveniente da RUi) como referência: d\ ~ h d2 “ h ” *3 ^3 ~

Em seguida, as coordenadas da RU são traduzidas de forma a que a RUi esteja na origem: > <

*2 ΡΕ1654561 51 yz^yi-yi Z2~Z2~~ ***

>4 - ri ™ }\ Z4 ~ z4 — Zj

Em seguida, é calculada a distância desde as RUs até à origem no sistema de coordenadas traduzidas: J^^yRTyf+zl 52 ΡΕ1654561

Então é desenvolvida uma matriz de valores de coordenadas de RU: -2¾ 2^2 —2 z2 A- ~2j3 -2¾ ~2x4 - 2yA ™2 í

Note-se que os elementos da matriz acima são ulteriormente referidos como Aij onde (i,j) são a linha e coluna respectivamente.

Em seguida, é desenvolvido um novo vector combinando os TDOAs e as distâncias das RU:

bx ~d{ ~R\ ~2dtR b2 ~dl ~Rl -2d2R

b3 - d; - Rl -2d%R A partir daqui é calculada a estimativa da posição a três dimensões do alvo: χΡι » 4ι Φι ~ + 4a (h ~ 2âtS) + Am (Ô3 - 2d3R) yPi ** 4i (h -2di&) + A.n (b2 ~ 2d2R) + An (b5 ~ 2d2R) ΡΕ1654561 53 Ψι - Au φj - 2*,*) + (¾ ~ 2*2Λ) + 43 (¾ - 2^,Λ)

Recorde-se que as coordenadas das RUs foram traduzidas no início do processo de forma a que a RUi esteja na origem. Portanto, é necessário traduzir a estimativa da posição para o sistema de coordenadas original para a estimativa da posição final: X| - xpx +Xi yt~yp\+y\ zí = zpx + z} A saída do Algoritmo Apoiado na Distância em Forma Fechada a Três Dimensões é a estimativa da posição (xi, yi, zi) do alvo.

Algoritmo Apoiado na Distância de MLE a Três

Dimensões

As entradas para o Algoritmo Apoiado na Distância de MLE a Três Dimensões consistem de:

Coordenadas de RU 54 ΡΕ1654561 - TOAs medidos associados - Estimativa da Posição Inicial (x±, y±, z±) - Medição da Distância (Rm) - RU associada a partir da qual foi medida a distância A saida do Algoritmo Apoiado na Distância de MLE a Três Dimensões é uma localização precisa do alvo na forma x, y, z.

Como no Algoritmo Apoiado na Distância em Forma Fechada a Três Dimensões, o primeiro passo é o de ordenar as RUs no algoritmo de forma a que a RUi seja a RU a partir da qual a distância é medida. 0 Algoritmo Apoiado na Distância de MLE a Três Dimensões é uma solução iterativa que requer uma suposição inicial (estimativa da posição x±, yi, zi) para começar e cria continuamente aproximações de uma nova estimativa da posição. Os TOAs esperados são calculados para cada nova estimativa da posição e a função de custo do Algoritmo Apoiado na Distância de MLE a Três Dimensões mede o erro entre os TOAs calculados e os TOAs medidos. Para o cálculo da posição final, a função de custo é definida para ser a norma da diferença entre os TOAs esperados derivados a partir da actual estimativa da posição (x±, Yi, zi) e os TOAs medidos. A distância é incluída para melhorar a precisão da posição calculada final do alvo. 0 Algoritmo Apoiado na Distância de MLE a 55 ΡΕ1654561

Três Dimensões é iterado até que as estimativas subsequentes estejam suficientemente próximas conjuntamente de forma a que a função de custo devolva um valor igual a ou menor que um mínimo pré-determinado. +y2+i* ~c{t3 -*,) +y* ♦** ~<h -*)

«jxZ +yt +z* -MK J(x - χ„γ+O - y*)*+(* ~ *»)* - 4*2+y*+**-<## -a) 1 fi + fi +/£ A MLE altera a estimativa (xi, Yir z±) até que a função f seja minimizada.

Como pode ser visto, esta invenção pode ser particularmente útil para aeroportos que não tenham, e não 56 ΡΕ1654561 tenham os recursos necessários para um sistema de radar dispendioso. Adicionalmente, esta invenção pode ser utilizada para estender grandemente a distância eficaz dos sistemas de vigilância de tráfego aéreo sem os requisitos de antenas de transmissão adicionais ou RUs colocadas fora dos limites do sistema.

Lisboa, 17 de Outubro de 2012

Claims (50)

1. ΡΕ1654561 1 REIVINDICAÇÕES 1. Método para localizar um alvo, compreendendo os passos de: receber um sinal proveniente do alvo (5) utilizando pelo menos três receptores (4, 6, 60); determinar o Tempo de Chegada (TOA) dos sinais em cada receptor (4, 6, 60); calcular uma Diferença do Tempo de Chegada (TDOA) medida utilizando o TOA de cada receptor (4, 6, 60); caracterizado por transmitir um sinal (7) a partir de um único transmissor (4, 40) para um alvo (5); receber um sinal de resposta (8) proveniente do alvo (5) utilizando pelo menos um receptor (4, 60) dos ditos pelo menos três receptores (4, 6, 60); calcular o atraso de ida e volta (RTD) desde o transmissor (4, 40) para o alvo (5) para o dito pelo menos um receptor (4, 60); e utilizar o TDOA medido e os dados de RTD para calcular pelo menos uma estimativa da posição do alvo.
2. 2. Método para localizar um alvo, de acordo com a Reivindicação 1, em que o passo de calcular pelo menos uma estimativa da posição do alvo inclui adicionalmente os passos de: 2 ΡΕ1654561 calcular um azimute inicial do alvo utilizando os dados de TDOA medidos; e utilizar o azimute inicial e os dados de RTD para calcular pelo menos uma posição no plano aproximada do alvo.
3. 3. Método da Reivindicação 2, em que a altura é calculada a partir dos dados de altitude proporcionados no sinal de resposta proveniente do alvo, de forma a que o azimute inicial e os dados de RTD combinados com a altura são utilizados para calcular a posição a três dimensões aproximada do alvo.
4. 4. Método da Reivindicação 2, em que a transmissão e a recepção do sinal são realizadas através da mesma antena, de forma a que os dados de RTD indicam a distância do alvo a partir do transmissor.
5. 5. Método da Reivindicação 4, em que o dito pelo menos um receptor também funciona como um dos ditos pelo menos três receptores.
6. 6. Método da Reivindicação 1, em que o dito sinal recebido pelos ditos pelo menos três receptores é o dito sinal de resposta.
7. 7. Método da Reivindicação 2, em que o dito sinal recebido pelos ditos pelo menos três receptores é o dito sinal de resposta. 3 ΡΕ1654561
8. 8. Método da Reivindicação 4, compreendendo adicionalmente os passos de: utilizar o azimute inicial e os dados de RTD para definir um arco sobre o qual o alvo está localizado; seleccionar um número pré-determinado de pontos sobre o dito arco; calcular o TDOA esperado para cada ponto; comparar o TDOA esperado para cada ponto com o dito TDOA medido para determinar um erro mínimo entre o TDOA esperado de cada ponto e o dito TDOA medido; e seleccionar o azimute associado ao TDOA esperado tendo o erro mínimo como um azimute mais preciso do alvo; e utilizar o azimute mais preciso e os dados de RTD para calcular uma posição no plano mais precisa do alvo.
9. 9. Método da Reivindicação 8, em que cada ponto distribuído ao longo do dito arco tem o mesmo RTD.
10. 10. Método da Reivindicação 8, em que o dito transmissor e os ditos receptores são distribuídos numa formação tendo uma linha de base da formação, e o comprimento do dito arco é aproximadamente o dobro do comprimento da dita linha de base da formação. 4 ΡΕ1654561
11. 11. Método da Reivindicação 8, compreendendo adicionalmente os passos de: utilizar o dito azimute mais preciso e os dados de RTD para definir um segmento do dito arco; seleccionar um segundo conjunto de um número pré-determinado de pontos sobre o dito segmento do dito arco; calcular o TDOA esperado para cada ponto dentro do dito segundo conjunto; comparar o TDOA esperado para cada ponto dentro do dito segundo conjunto com o dito TDOA medido para determinar um erro mínimo entre o TDOA esperado de cada ponto no dito segundo conjunto e o dito TDOA medido; e seleccionar o azimute associado ao TDOA esperado tendo o erro mínimo como um azimute ainda mais preciso do alvo; e utilizar o azimute ainda mais preciso e os dados de RTD para calcular uma ainda mais precisa posição no plano do alvo.
12. 12. Sistema para localizar um alvo, compreendendo: pelo menos três receptores (4, 6) para receber um sinal 5 ΡΕ1654561 proveniente do alvo (5) ; um mecanismo para determinar o Tempo de Chegada (TOA) dos sinais em cada receptor (4, 6); um mecanismo (3) para calcular uma Diferença do Tempo de Chegada (TDOA) medida utilizando o TOA de cada receptor (4, 6) ; um mecanismo (3) para calcular um azimute inicial do alvo (5) utilizando os dados de TDOA medidos; caracterizado por uma unidade receptora transmissor/receptor (4) para transmitir um sinal (7) para um alvo (5) e para receber um sinal de resposta (8) proveniente do alvo (5) de acordo com o qual o receptor da RU transmissor/receptor é um receptor dos ditos pelo menos três receptores; e por um mecanismo para calcular o atraso de ida e volta (RTD) do transmissor da RU transmissor/receptor (4) para o alvo (5) para o receptor da RU transmissor/receptor (4); e um mecanismo para calcular pelo menos uma estimativa da posição do alvo (5) utilizando o azimute inicial e os dados de RTD.
13. 13. Sistema da Reivindicação 12, em que a altura é calculada a partir dos dados de altitude proporcionados no sinal de resposta proveniente do alvo, de forma que o 6 ΡΕ1654561 azimute inicial e os dados de RTD combinados com a altura são utilizados para calcular a posição a três dimensões aproximada do alvo.
14. 14. Sistema da Reivindicação 12, em que a transmissão e a recepção do sinal são realizadas através da mesma antena, de forma que os dados de RTD indicam a distância do alvo desde o transmissor.
15. 15. Sistema da Reivindicação 14, em que o dito pelo menos um receptor também funciona como um dos ditos pelo menos três receptores.
16. 16. Sistema da Reivindicação 14, compreendendo adicionalmente: um mecanismo para definir um arco sobre o qual o alvo está localizado utilizando o azimute inicial e dados de RTD; um mecanismo para seleccionar um número pré-determinado de pontos ao lonqo do dito arco; um mecanismo para calcular o TDOA esperado para cada ponto; um mecanismo para comparar o TDOA esperado para cada ponto com o dito TDOA medido para determinar um erro mínimo entre o TDOA esperado de cada ponto e o dito TDOA medido; e um mecanismo para seleccionar o azimute associado ao TDOA 7 ΡΕ1654561 esperado tendo o erro mínimo como um azimute mais preciso do alvo; e um mecanismo para calcular uma posição no plano mais precisa do alvo utilizando o azimute mais preciso e os dados de RTD.
17. 17. Sistema da Reivindicação 16, em que os ditos pontos seleccionados sobre o dito arco têm o mesmo RTD.
18. 18. Sistema da Reivindicação 16, em que o dito transmissor e os ditos receptores estão organizados numa formação tendo uma linha de base da formação, e o comprimento do dito arco é definido como sendo aproximadamente o dobro do comprimento da dita linha de base da formação.
19. 19. Sistema da Reivindicação 16, compreendendo ainda: um mecanismo para definir um segmento do dito arco utilizando o dito azimute mais preciso e os dados de RTD; um mecanismo para seleccionar um segundo conjunto com um número pré-determinado de pontos ao longo do dito segmento de arco; um mecanismo para calcular o TDOA esperado para cada ponto dentro do dito segundo conjunto; 8 ΡΕ1654561 um mecanismo para comparar o TDOA esperado para cada ponto dentro do dito segundo conjunto com o dito TDOA medido para determinar um erro mínimo entre o TDOA esperado de cada ponto no segundo conjunto e o dito TDOA medido; e um mecanismo para seleccionar o azimute associado ao TDOA esperado tendo o erro mínimo como um azimute ainda mais preciso do alvo; e um mecanismo para calcular uma posição no plano ainda mais precisa do alvo utilizando o azimute ainda mais preciso e os dados de RTD.
20. 20. Método da Reivindicação 1, em que o dito pelo menos um receptor também funciona como um dos ditos pelo menos três receptores.
21. 21. Método da Reivindicação 1, em que o dito sinal recebido pelos ditos pelo menos três receptores é o dito sinal de resposta.
22. 22. Método da Reivindicação 1, em que a transmissão e a recepção do sinal é realizada através da mesma antena, de forma a que os dados de RTD indicam a distância do alvo desde o transmissor.
23. 23. Método da Reivindicação 1, em que a estimativa da posição, coordenadas dos ditos receptores, os TOAs e os dados de RTD são utilizados para calcular uma 9 ΡΕ1654561 posição mais precisa do alvo.
24. 24. Método da Reivindicação 23, em que a posição mais precisa é calculada pelos passos de: a) estimar uma nova posição do alvo; b) calcular TOAs que correspondam à nova posição do alvo; c) medir o erro entre os TOAs calculados e os TOAs medidos; e d) seleccionar a estimativa da posição associada aos TOAs esperados tendo o erro mínimo como a nova estimativa da posição do alvo.
25. 25. Método da Reivindicação 24, em que os passos a-d são repetidos até que a diferença entre os TOAs calculados e os TOAs medidos seja pelo menos uma de menor do que e igual a um valor pré-determinado.
26. 26. Método da Reivindicação 24, em que a posição mais precisa é calculada utilizando um algoritmo de máxima verosimilhança.
27. 27. Método da Reivindicação 26, em que o algoritmo de máxima verosimilhança é o método de Newton-Raphson. 10 ΡΕ1654561
28. 28. Método da Reivindicação 26, em que o algoritmo de máxima verosimilhança é o método de Nelder-Mead.
29. 29. Método da Reivindicação 1, em que a altura do alvo é conhecida e combinada com o TDOA e com os dados de RTD para calcular uma estimativa da posição do alvo.
30. 30. Método da Reivindicação 29, em que a altura é calculada a partir dos dados de altitude incluídos no sinal de resposta proveniente do alvo.
31. 31. Método da Reivindicação 29, em que a altura é conhecida a partir da determinação de que o alvo está no solo.
32. 32. Método da Reivindicação 29, em que a estimativa da posição, coordenadas dos receptores, os TOAs, a altura do alvo e os dados de RTD são utilizados para calcular uma posição mais precisa do alvo.
33. 33. Método da Reivindicação 32, em que a posição mais precisa é calculada pelos passos de: a) estimar uma nova posição do alvo; b) calcular TOAs que correspondam à nova posição do alvo; c) medir o erro entre os TOAs calculados e os TOAs medidos; 11 ΡΕ1654561 e d) seleccionar a estimativa da posição associada ao TOA esperado tendo o erro mínimo como a nova estimativa da posição do alvo.
34. 34. Método da Reivindicação 33, em que os passos a-d são repetidos até que a diferença entre os TOAs calculados e os TOAs medidos seja pelo menos uma de menor do que e igual a um valor pré-determinado.
35. 35. Método da Reivindicação 33, em que a posição mais precisa é calculada utilizando um algoritmo de máxima verosimilhança.
36. 36. Método da Reivindicação 35, em que o algoritmo de máxima verosimilhança é o método de Newton-Raphson.
37. 37. Método da Reivindicação 35, em que o algoritmo de máxima verosimilhança é o método de Nelder-Mead.
38. 38. Sistema para localizar um alvo, compreendendo: pelo menos três receptores (60) para receber um sinal proveniente do alvo (5); 12 ΡΕ1654561 um mecanismo para determinar o Tempo de Chegada (TOA) dos sinais em cada receptor (60); um mecanismo para calcular a Diferença do Tempo de Chegada (TDOA) medida utilizando o TOA de cada receptor (60); caracterizado por um único transmissor (40) para transmitir um sinal (7) para um alvo (5); pelo menos um receptor (60) dos ditos pelo menos três receptores (60) para receber um sinal de resposta (8) proveniente do alvo (5); um mecanismo para calcular o atraso de ida e volta (RTD) desde o dito transmissor (40) para o alvo (5) e para o dito receptor (60) e um mecanismo para utilizar o TDOA medido e os dados de RTD para calcular pelo menos uma estimativa da posição do alvo (5)
39. 39. Sistema da Reivindicação 38, em que o dito pelo menos um receptor também funciona como um dos ditos pelo menos três receptores.
40. 40. Método da Reivindicação 38, em que a transmissão e recepção do sinal é realizada através da 13 ΡΕ1654561 mesma antena, de forma que os dados de RTD indicam a distância do alvo ao transmissor.
41. 41. Sistema da Reivindicação 38, compreendendo ainda um mecanismo para calcular uma posição mais precisa do alvo utilizando a estimativa da posição, coordenadas dos ditos receptores, os TOAs e os dados de RTD.
42. 42. Sistema 41, compreendendo ainda um mecanismo para: a) estimar uma nova posição do alvo; b) calcular TDOAs que correspondam à nova posição do alvo; c) medir o erro entre os TOAs calculados e os TOAs medidos; e d) seleccionar a estimativa da posição associada ao TOA esperado tendo o erro mínimo como a nova estimativa da posição do alvo.
43. 43. Método da Reivindicação 42, compreendendo ainda um mecanismo para repetir os passos a-d até que a diferença entre os TOAs calculados e os TOAs medidos seja pelo menos uma de menor do que e igual a um valor pré-determinado.
44. 44. Sistema da Reivindicação 38, compreendendo 14 ΡΕ1654561 ainda um mecanismo para determinar a altura do alvo.
45. 45. Sistema da Reivindicação 44, em que a altura é calculada a partir dos dados de altitude incluídos no sinal de resposta proveniente do alvo.
46. 46. Sistema da Reivindicação 44, compreendendo ainda um mecanismo para determinar que o alvo está no solo.
47. 47. Sistema da Reivindicação 44, compreendendo ainda um mecanismo para calcular uma estimativa da posição do alvo utilizando o TDOA, a altura do alvo e os dados de RTD .
48. 48. Sistema da Reivindicação 47, compreendendo ainda um mecanismo para calcular uma posição mais precisa do alvo utilizando a estimativa da posição, coordenadas dos receptores, os TOA, a altura do alvo e os dados de RTD.
49. 49. Sistema da Reivindicação 48, compreendendo ainda uma mecanismo para: a) estimar uma nova posição do alvo; b) calcular TOAs que correspondam à nova posição do alvo; c) medir o erro entre os TOAs calculados e os TOAs medidos; e 15 ΡΕ1654561 d) seleccionar a estimativa da posição associada ao TOA esperado tendo o erro mínimo como a nova estimativa da posição do alvo.
50. 50. Método da Reivindicação 49, compreendendo ainda um mecanismo para repetir os passos a-d até que a diferença entre os TOAs calculados e os TOAs medidos seja pelo menos uma de menor do que e igual a um valor pré-determinado. Lisboa, 17 de Outubro de 2012