WO2009147258A1 - Metodo, sistema y dispositivos de radio-rastreo - Google Patents

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WO2009147258A1
WO2009147258A1 PCT/ES2009/000259 ES2009000259W WO2009147258A1 WO 2009147258 A1 WO2009147258 A1 WO 2009147258A1 ES 2009000259 W ES2009000259 W ES 2009000259W WO 2009147258 A1 WO2009147258 A1 WO 2009147258A1
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carrier
console
data
tracking
user
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Andrés LOPEZ POU
Francisco Vazquez Gallego
Albert Cano Camps
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Tinytronic S.L.
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    • G01S5/0072—Transmission between mobile stations, e.g. anti-collision systems

Definitions

  • the present invention relates to the field of telecommunications, and in particular, to a radio-tracking device, or "radiotracking", for the search and tracking of objects and / or animals and people.
  • the radio-tracking technique allows transmitters to animals, objects or people to be incorporated, to find them later through a receiver that communicates with the transmitter with electromagnetic signals, even at very high distances in the range of several tens of kilometers. This technique can be used in any application that needs to locate an object, and then track and track the object as it moves. The tracking process is also known with the term "radiotracking".
  • radio-tracking and radio-tracking will be used interchangeably in the rest of the description since the device object of the invention provides both location and tracking functionality, both wirelessly by radio frequency
  • the term “bearer” will be used to define the bearer of the transmitter / receiver, or transceiver, which will normally be animals, objects or people, whether mobile or not, subject to tracking and location.
  • the Porter it can also be any other object, regardless of its size or shape, to which a radio-tracking device can be attached.
  • the term "user” will be used to define the person, object, machine or animal that makes use of the information of the tracking device in order to locate and track the bearer.
  • An example of this application could be in falconry, where the wild birds that accompany the falconer in the hunt are not lost. If the user has lost sight of his animal, which is very common in this practice given the great mobility of the animals and their radius of action, the help of a tracking device is necessary to find the bird again. In addition, during a training process, a tracking and tracking device is necessary to be able to impart the correct customs to the birds. In the same way you can train hunting dogs, or even pigeons in the practice of colombiculture.
  • Another application is in wildlife conservation, where such a device is necessary to complete studies on migrations, reproductions and even animal attitudes.
  • Another application is in the surveillance of pets or "pets”, to always have them located. In this way the owners of these animals are also calmer knowing that, although they do not have their pet in sight, they do have them located.
  • the radio-tracking technique is based on the emission of radio-electric pulses from a transmitter at a given frequency, using an omnidirectional antenna to radiate energy in all directions, and the reception of said pulses by a receiver, tuned to the frequency in question, through a directional antenna.
  • the directional antenna on the receiver makes it possible to angularly discern changes in the power of the received signal and therefore give an estimate of the direction from which the electromagnetic pulses come.
  • the transmitters are carried by the objects to be located, whether they are a carrier or several, while at least one receiver would be able to receive the signals emitted by the multiple transmitters.
  • the person skilled in the art will realize the various possibilities of modification to this embodiment, such as, for example, having multiple receivers receiving the signals emitted by multiple transmitters.
  • Classic radio-tracking equipment has the disadvantage of having large dimensions. Instead, they have the advantage of greater sensitivity when receiving signals, and therefore, they can receive very weak signals with a very low intensity. In the same way, they can receive with great accuracy signals emitted from long distances, in the range of several tens or even hundreds of kilometers.
  • Radio-tracking devices are usually based on the emission of energy pulses in RF radio frequency by a transmitter, the width and distance between pulses being fixed and non-changeable parameters during the operation of the device. Nor do they allow the possibility of adding any type of information to the pulse emitted by the transmitter.
  • the receiver upon receiving the pulses emitted, converts the incoming signal directly into audible signals.
  • the Audible signal intensity varies in direct proportion to the intensity of the RSSI received signal
  • the user with the receiver in hand, can discern if the receiver is pointing in the correct direction, and have an idea of the distance to the transmitter bearer , just by hearing the signal. But for the user to decide which is the highest sound signal, and therefore, which is the correct direction, it must rotate on its same axis.
  • the pulse signal is received with low intensity due to a high punctual attenuation, and the user hears a low amplitude, it takes an incorrect impression of the distance, thinking that the carrier is far away.
  • the radio-tracking techniques of the prior art suffer from the disadvantage that only allow estimating the direction in which the carrier is located and does not determine exactly the actual direction. Nor can they determine the distance to the bearer, since they lack the necessary data to be able to determine exactly this distance.
  • Another disadvantage of these existing devices is that the angular resolution in the direction determination is highly dependent on the directivity of the antenna used. In addition, as already mentioned, it requires moving the receiver angularly, or turning, in order to estimate the carrier's direction.
  • state-of-the-art devices require a user-learning process, generally long, necessary to get used to the use of pulsating devices to locate and track the lost object. This procedure can be annoying for the user and therefore hinders its commercialization.
  • GPS Global Positioning System technology
  • This technology based on the reception by a ground device of several signals emitted by at least three satellites allows the calculation, in addition to advanced signal processing, with an accuracy in the meter range of the carrier of the GPS reception device.
  • GPS devices apply to situations in which a user can locate himself, as a carrier of the device. These devices are not designed so that a user can locate a carrier that is far from the GPS device of the tracking user.
  • GPS devices with unidirectional communication functionality. That is, they allow the transmission, by a carrier, and the reception, by a console, of the parameters defining the location of the carrier, allowing the determination of the position of a carrier by a user capable of receiving and processing this information. With these devices you can see the evolution of the carrier's direction of movement on the screen. You can also memorize virtual coordinates, where the bearer has been found.
  • Unidirectional communication is implemented taking advantage of a data link, for example the General Packet Radio System GPRS, from a mobile service operator, which means the integration of a module for a SIM Subscriber Identity Module, in addition to paying a monthly fee. This feature substantially raises the operating costs of the system.
  • GPRS General Packet Radio System
  • Another disadvantage of these devices is that they use short distance communication protocols, such as Bluetooth, or that the sensitivity of the receivers is very low, which only allows the reception of signals at a very short distance, in the range of tens of meters. Even at these short distances they consume a lot of energy given the operation of the GPS module, and therefore have a very low autonomy.
  • the communication address is always from carrier to console, whereby the prior art GPS devices suffer from the disadvantage of not allowing bidirectional communication, where the console can send data to the carrier.
  • the range in the transmission of the GPS position information is much lower than the range in the transmission of the pulsating signal of the radio-tracking solutions of the prior art. Furthermore, this communication is unidirectional, defining only the possibility of receiving information from the carrier device, and not of transmitting information to it.
  • GPS devices incorporate a magnetic sensor, or compass, allowing the correct orientation of the device towards the location of the coordinates received by the carrier in reference to the Earth's magnetic north.
  • a GPS device with position data transmission functionality has the advantage that it does not require angularly moving the receiver to estimate the carrier's direction and distance. Do not However, they continue to suffer from the disadvantage that the angular resolution in the determination of the direction varies depending on several factors, such as the intensity in the reception of the GPS signal, the intensity of the earth's magnetic field in that geographical area, which It varies from zone to zone, metal obstacles, and the effects of other artificial magnetic fields produced, for example, by high voltage electrical or wired stations. Therefore, there is a need to improve the devices of the prior art so as to allow the search and monitoring by means of radio-tracking of a carrier that solves some or all of the problems of the devices of the prior art.
  • FIG. 1 shows the application of the device object of the invention to the location of an animal.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of part of the carrier device according to the invention.
  • Fig. 3 shows an exemplary embodiment of part of the console device according to the invention.
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of a part of the positioning module according to the invention.
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment of part of the carrier device according to the invention.
  • FIG. 6 shows an exemplary embodiment of the part of the console device according to the invention.
  • FIG. 7 shows an example of embodiment of the energy pulse frames according to the invention.
  • FIG. 8 shows an example of embodiment of the energy pulse frames in energy saving mode according to the invention.
  • FIG. 9 shows an example of embodiment of the energy pulse frames incorporating data signal according to the invention.
  • FIG. 10 shows different embodiments of the devices object of the invention.
  • FIG. 11 shows the different coverage areas that define the communication modes.
  • FIG. 12, FIG. 13 and FIG. 14 show several examples of the representation of the information available to the user of the devices object of the invention.
  • FIG. 1 a system 100 exemplary embodiment of the invention can be seen.
  • the system 100 comprises a console device 110 for the user 111, machine, object or animal, wanting to search and track a carrier 121 and a carrier device 120, coupled to the carrier, whether object, person, machine or animal.
  • the device 120 must be registered with the console 110 to initialize the search and trace operation.
  • the registration operation comprises among others the assignment of a common frequency of operation between both devices stored in the console under an identification number of the carrier device 120.
  • This number can be composed of a name to be chosen by the user to recognize the carrier in issue, or the serial number of the carrier device, or the frequency at which the energy pulses are emitted, or the frequency at which telematic data signals are emitted, or a combination thereof.
  • the registry can be implemented as standard, or by initializing a bearer with a console, changing the indicated parameters each time.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment 200 of a part of the carrier device 120 according to the invention.
  • He device is adapted to be coupled or carried by a carrier, whether human or animal, object or machine, with or without your consent.
  • the carrier device comprises an RF frequency energy pulse transmitter 201, a positioning module 204 and a data communication module 202, also by radio.
  • Energy pulses are characterized in that they consist of an emission of a carrier wave, or "carrier wave”, without a standard structure for data transmission. Therefore it is not a transmission of information in the form of data modulation comprising a header, or "header”, and a load, or "payload”.
  • periodicity defines a cadence that allows a receiver, whether human or not, to capture the pulse train and use it as a guide to define the direction in which the pulses come.
  • the pulse train allows the transmitter that emits the pulses to be tracked, even when the transmitter is moving.
  • Another characteristic of these radio-tracking emissions in the form of energy pulses, which differentiates them from the usual data transmission, is that they are not directed at any particular receiver. Instead, if a particular receiver is using a pulse train to track, it can recognize the periodicity of the broadcast as coming from the carrier it is looking for. In other words, if multiple pulse trains are received, a receiver can discern the correct direction by extracting the "signature" necessary, represented by the cadence or periodicity of a particular pulse train, to track its target.
  • the transmitter 201 there is a data communication module.
  • the transmitter 201 and the data communication module 202 share an omnidirectional antenna 203, through a switch.
  • the positioning module 204 receives the signals via satellite through the antenna 205.
  • a central microprocessor 206 coordinates the mode of operation of the carrier device 120, determines what data is sent or received, in addition to applying the necessary signal processing.
  • the same transmitter is used to emit energy pulses and data frames. Independent transmitters can also be used.
  • FIG. 5 shows another embodiment of part of the carrier device 120.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of part of the console device 110 according to the invention.
  • the console comprises a carrier wave receiver 301, or energy pulses in RF frequency, a positioning module 304 and a data communication module 302, also by radio frequency.
  • the receiver 301 which can be designed as a superheterodyne or homodyne receiver, and the data communication module 302 share a directional antenna 303, through a switch.
  • An external directional antenna can also be configured, coupled by the user. This option has the advantage of increasing the sensitivity in receiving the antenna and its directivity using an antenna with better performance.
  • the sensitivity of the receptors in general varies in function not only of the chosen antennas, but also of all the internal signal processing modules that they can incorporate, which helps to receive the signals better, such as frequency band filters, active or passive amplifiers, modulators, demodulators, Encoders, decoders, among others.
  • the positioning module 304 receives the signals via satellite through the antenna 305.
  • a central microprocessor 306 coordinates the mode of operation of the console device 110, determines what data is sent or received, in addition to applying the necessary signal processing.
  • FIG. 6 and FIG. 10 show other embodiments of the console device 110. In FIG. 6 other switches are observed to switch between antennas, or reception and transmission modes, or positioning modes.
  • the antenna 1007, a connection 1003 for an external antenna, and an internal antenna 1006 of the receiver, in addition to a headphone connection 1001, for a 1002 Universal Serial Bus USB unit, and the keyboard 1004 can be appreciated.
  • the direction to follow to search for the bearer is indicated by an arrow, and the distance by a numerical indication or a proximity bar.
  • the angular resolution becomes independent of the directivity of the antenna of the console device.
  • a positioning module does provide the exact information;
  • a user with the console in hand lacks satellite coverage, he is forced to look for an area, usually an open area, where he can receive the satellite signals again, which can be laborious because he typically includes climbing a mountain, or leaving of a forest, or of a building.
  • the object of the invention is used for the location of animals, their mobility typically results in the carrier device intermittently lacking satellite coverage, since animals can hide in forests, under obstacles, or in In the case of a pet like a cat, they continually enter and leave a building.
  • the user will always receive the pulse signal that will give him an approximate idea of the movements of the wearer, allowing him to head towards him correctly.
  • a console can locate a carrier with a margin of error of few centimeters, for example 5 cm.
  • This feature is especially advantageous for locating people or animals or buried objects, especially if they are deep or if the object is small.
  • a similar advantage can be seen in height discrimination, since GPS systems have an accuracy of tens of meters in height, for example 50 m, while the present invention has the same precision, no matter the search direction, being able to locate with an accuracy of a few centimeters, for example 5 cm.
  • the positioning module improves the accuracy when positioning a carrier, which significantly reduces the search time and tracking reliability, increasing the autonomy of mobile devices.
  • the continuous emission of the pulse train, or radio-tracking signal allows the user to continue a successful search, always following the bearer within a range of error known by the user. This is also finally reflected as a gain of time and an increase in the autonomy of important devices.
  • the risk of losing the carrier permanently is markedly reduced, which would normally be the highest cost for a regular user of such devices.
  • the system described, and the method of operation of the system maximizes accuracy in locating a target while minimizing the risk of losing the target. Both effects are added to the important advantage of increasing the autonomy of the devices produced by this combination.
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of a positioning module 400 according to the invention.
  • the module 400 comprises a receiver 401 and an antenna 402 for the reception of satellite signals.
  • a microprocessor 403 processes the received signals to extract the necessary data to be able to calculate the position in which the module 400 is located, either within a console 110 or a carrier device 120.
  • This positional information includes the geographic coordinates defined by latitude and longitude, and also the speed and altitude of the carrier device.
  • the microprocessor also fulfills other functions of signal processing and control of the different modules.
  • a magnetic sensor or electronic compass 404 has the function of detecting angular variations with respect to the Earth's magnetic north, which is the reference used by satellite positioning systems.
  • the integration of this magnetic sensor is optional, since its functionality is more necessary in the console device 110 than in the carrier device 120.
  • the advantage of compass 404 is that it allows the user to rotate on its own axis, but the direction would always be correctly reflected, since it would have the Earth's magnetic north as reference.
  • An alternative to the magnetic sensor is simply to take a few steps towards a specific direction, and determine how one changes one's position in relation to the coordinates of the carrier to correct the direction.
  • the console device 110 carries an integrated magnetic sensor 404.
  • the correction provided by the magnetic sensor can be further improved with an optional 405 accelerometer.
  • This module allows measuring and compensating the variations of the positioning module in relation to the ground plane if the device rotates, or moves, up to about 15 ° in relation to the horizon.
  • the accelerometer makes it possible to obtain movement measurements, such as speed or acceleration, from the user, which can be used to correct, or improve, the determination of the position of the wearer, especially in case of little or no satellite coverage.
  • the positioning module also offers an indication of the accuracy in its position measurement. Apart from indicating the current address, in real time, of the target to be searched, it allows to keep track, since the geographical evolution of the bearer's movements can be represented on the screen.
  • the positioning module 400 calculates the position according to the Global Positioning System, GPS protocol, in this preferred embodiment.
  • GPS protocol Global Positioning System
  • the person skilled in the art will realize that it is possible to change the protocol to any other that allows the calculation of necessary parameters to determine the position of the carrier with an accuracy in the range of meters.
  • Other systems such as GLONASS, IRNSS or COMPASS, exist as solutions for different land areas.
  • GALILEO satellite system For Europe, the satellite positioning system under development is the GALILEO satellite system.
  • FIG. 7 shows an example 700 of realization of the energy pulse frames 701 emitted at frequencies chosen from the RF frequency band by the transmitter 201 according to the invention.
  • the carrier device 120 continuously emits these radio-tracking pulses, from start-up to shutdown. This function allows continuous tracking of the device, and has the advantage of allowing carrier tracking over long distances.
  • the pulse train has a pulse repetition interval 702, and a width 701, in addition to being transmitted using a particular phase.
  • the various modules of the console 110 and carrier 120 devices are powered by at least one battery.
  • This battery can be rechargeable or disposable. Given the mobility to which both devices are subjected in typically rural areas, there is a need to provide the various devices with maximum battery life.
  • a solution once it has been detected that the battery charge is low is to enter an "energy saving" mode and decrease the pulse emission frequency, and the pulse duration , to emit with a lower average power.
  • the resulting frame can be seen in FIG. 8, in which the width of the pulses 801 is smaller than the width 701 of the normal mode of operation, and the repetition interval 802 is greater than the interval 702 of the normal mode of operation.
  • This mode deactivates the functionality of the positioning and data communication module. Given the characteristics of the invention, this mode continues to allow carrier tracking while maximizing the autonomy of the device while the battery remains charged.
  • the console device 110 is adapted to receive the energy pulses emitted on the same frequency by the carrier device 120. Since the pulse emission is continuous, from the start up to the shutdown, the console receives these pulses which it converts by means of at least one transducer in an auditory signal, using a loudspeaker or a buzzer, or a vibration, to notify the user of the correct "marking" of the wearer.
  • the microprocessor 306 is also adapted to calculate the reception power in terms of intensity of the RSSI received signal, and to provide this information, either alone or in combination with other data, by means of a graphical representation on the screen of the console. This graphic representation is very useful when guiding the user to identify in which direction the carrier is located and at what distance.
  • the determination of potency can be obtained by two methods.
  • the first method uses the intensity of the received energy pulses, and the second method uses the intensity of the data signal.
  • a combination of both methods can also be used to decrease the margin of error in this determination.
  • both devices 110, 120 integrate a data communication module.
  • the main function of this module It is to transmit information and data between both devices.
  • the carrier device 120 can transmit the parameters that define its position to the console device 110 by means of the data communication module 202.
  • the position data sending frequency is a parameter configurable by the console, and can be implemented by medium of an FSK modulation.
  • FSK modulation The person skilled in the art understands that other types of modulation are also possible by allowing the exchange of data while maintaining the necessary, or previously defined, reception quality.
  • This data transmission helps to solve the problem of the state of the art in which the address and distance of the carrier could not be determined with the existing methods.
  • the accuracy in the estimation in the direction or distance or position is improved since the user can be provided with the geographical position coordinates, the exact address in which the carrier is located and the exact distance that separates them.
  • this parameter can be configured by the console in such a way that a percentage of the spaces between T2 pulses can be reserved for data transmission.
  • This transmission is achieved through the multiplex of the pulses and the data, such as using Time Division Multiple Access, TDMA.
  • T2 spaces also called slots, can be variable depending on different parameters, such as, for example, the transmission distance, the transmission power, or the assignment of a slot for the exchange of data, or its allocation for sending configuration commands
  • the slots can be defined to have a longer duration if sending telecommands is not necessary and also the distance between both devices is high. If the distance is reduced, a slot with a shorter duration can be defined, so that the carrier data can be sent more frequently to the console.
  • short duration slots are defined, in order to send not only data, but also commands. You can even define slots for sending communication control commands, for example, to implement handshaking before and after sending data, or establishing a link, or sending and receiving ACK and NACK.
  • State-of-the-art devices do not use the blanks between pulses of energy for data transmission. Instead, it is one of the objectives of this invention to improve the devices of the state of the technique taking advantage of these unused spaces, to improve the service and accuracy of existing radiolocation devices and the reliability and probability of not losing a target of existing GPS devices. Given this possibility of sending data, a link is defined between console and carrier devices that can be bidirectional or only unidirectional.
  • the unidirectional link allows the sending of data from the carrier device to the console, for example the position data, as already mentioned.
  • the bidirectional link also allows the configuration of the carrier device, to change different parameters, for example, the frequency of calculation or sending of position data by the GPS module, the power of data transmission or pulses to the console, among others.
  • This aspect is particularly advantageous for carrier devices, since being those that are coupled to animals, objects, machines or people, they have to be small and very light.
  • the battery being one of the elements that weighs the most, has strict size and weight limitations, thus limiting the operational life of the device to a high degree.
  • the autonomy of one, or multiple bearer devices can be managed remotely taking advantage of the bidirectional link.
  • a command from the console to the carrier device can define a certain frequency of sending data, the speed of data transmission, or you can define a way in which the sending of this data is only done when requested by the console.
  • the combination of these modalities is also possible with which a speed and frequency of data transmission is defined on a first level, until a new configuration command changes some parameter.
  • Parameters especially linked to the distance between both devices are the ones that define the greatest power required, and therefore the battery life.
  • these parameters are, for example, the transmission power and acquisition frequency of the GPS position.
  • a battery autonomy management procedure can be defined as an iterative algorithm that is optimized taking into account at least one parameter of a plurality of variable parameters, such that, the greater the distance between console device 110 and carrier device 120:
  • the speed of data transmission should be minimized; the frequency of satellite signal reception and position calculation should be minimized, since this process consumes a lot of energy; the frequency and / or speed of data transmission should be minimized to reduce the energy consumed in the process; the transmission power should be optimized, reducing it always maintaining an adequate level so that the emitted signal can be received. This optimization is based on the fact that the farther the devices are, the higher the transmission power has to be, to compensate for the high attenuation. On the other hand, in order to minimize battery consumption, the power can be managed so that within a suitable range that guarantees communication, transmission power is minimized.
  • a particular device can be started or turned off remotely and wirelessly. You can also request timely information, or establish a diagnosis of the device, change its name, the frequency of transmission of pulses and data signals, registration or de-registration of a device, remote calibration, assignment of a security key, restoration of Factory parameters, serial number request, among others.
  • the sending of other parameters for the configuration of the carrier device, request for information, or other functions, is understood within the usual field of knowledge of the person skilled in the art.
  • variable parameters to obtain an increase in battery life, or the reverse, a major decrease in the size of the devices and their weights do not have to be exactly the same for both devices.
  • the console not having the same weight and size limitations as the carrier device, can be allowed to incorporate larger batteries, or even have an adapter to plug into external power sources, for example a car battery.
  • the console could define an optimization of the algorithm for itself different from that of the carrier device.
  • This mode of operation has its advantages in limit situations, for example, when the bearer is in such a remote situation that it is already operating at minimum operating limits.
  • the intensity of the signal received by the console will be very low, there will be no certainty of the accuracy of the position calculations of the carrier device by its positioning module, and even the radio-tracking pulses will be received with a very high signal. low.
  • the carrier device 120 can be configured so that, when it stops receiving commands of configuration of the console for a time exceeding a previously defined threshold, it would enter the "energy saving" mode in which the positioning and data communication modules would cease to operate, and only the pulsating transmitter of the module would work radio-tracking, or radio-tracking.
  • an intermediate mode can be defined that would be characterized because the positioning module would be switched on to periodically update the position values, before returning to the low power state. Consequently, the communication module would also enter into activity to transmit the latest position data, using "energy saving" parameters, such as the minimum transmission speed, before being temporarily deactivated.
  • This embodiment has the advantage that although communication between the two devices has been lost, the carrier device would always have a follow-up of its own position, and when emitting signals with this information at a very low frequency, it would allow the console, always in search and tracking mode, have a signal to be able to guide the user to the bearer in order to get close enough to restore the full link.
  • the carrier device can also transmit any other data, using the defined communication protocol.
  • any telemetric data of interest for the best functioning of the system such as the different states and parameters of the device, for example the voltage of the battery
  • the console can be transmitted to the console either to optimize the operation of the system or to inform the user of the need to take an action, either through the screen or by an audible signal.
  • sensor data embedded in the device or placed on the carrier In this way the console would act as the central receiver of a multitude of sensors sent by means of a plurality of carrier devices. This may be of interest to users interested in knowing the health status of their animals, or doctors by monitoring the essential medical parameters of a patient, among others.
  • the console In order for the positioning module to make an exact calculation of the direction in which the carrier is located, normally the console must be placed in the horizontal plane that is perpendicular to the "console weight" vector. Instead, in actual practice, it is annoying for a moving user to have to concentrate on trying hold the console continuously respecting this limitation, which is normally around + 15 ° with respect to the horizontal plane. In addition, even with active user cooperation, the best position calculation cannot be guaranteed.
  • This problem is solved with the integration of an accelerometer in the console 110.
  • the optional electronic compass, with the accelerometer data allows the console 110 to take into account the variations of its weight axis in relation to the Earth's magnetic north and be autocorrect. The accuracy in the position calculation is therefore substantially improved, especially for mobile users carrying the console, and therefore subject it to continuous movements and angle changes.
  • System 100 is designed to have three modes of operation depending on the intensity of the GPS coverage to which each device is subjected, and three modes of communication depending on the intensity of the signal received by the console device of the carrier device.
  • Both the intensity of the signal emitted by the carrier device and the signal emitted by the satellites are influenced by several factors, such as weather, precipitation, temperature, or obstacles, such as forests, mountains, buildings, open areas, or sea .
  • the intensity of the signal emitted by the carrier device changes in relation to the distance between it and the console. Therefore, normally, the farther one device is from another, the lower the signal strength.
  • both devices are in communication at a distance that allows a fluid data exchange and they have enough GPS coverage to make a complete calculation of their respective positions.
  • the carrier device 120 is configured to transmit, and the console configured to receive, both the radio-tracking pulsating signals and the GPS positioning information. This exchange of information is continuous and allows the console device to send configuration commands to the carrier device. As soon as it is determined that the carrier device does not have sufficient satellite coverage to update its position, it optionally enters a mode of sending data in which it re-transmits the last calculated geographical coordinates. The user can also be offered the option of guiding themselves using radio-tracking pulses.
  • the positioning module can be temporarily deactivated to save energy, and offer the user the option of guiding using radio-tracking pulses, or using Last position information received from the carrier.
  • a second mode of operation called “radio-tracking" is entered, in which the carrier device emits only pulses of electromagnetic energy, allowing the console to adjust the latest carrier position information calculated.
  • This mode of operation is advantageous over the prior art solutions, since it allows the received pulses, and the corresponding directional information, to be used to update the last position of the mobile carrier, allowing a tracking with less accuracy, but useful for the user, while waiting for satellite coverage to improve. This mode guarantees the tracking, even if it is inaccurate, of the bearer, avoiding its total loss.
  • the user can optionally be offered the possibility of continuing in this mode of operation or switching to the first "positioning" mode.
  • the advantage of switching lies in returning to the exact calculation of the position of the devices, while the advantage of continuing in the second mode of operation is that, as the sensitivity of the pulse receiver 301 is greater than that of the data receiver in communication module 302, the range of receiving signals with low intensity is greater, and can typically exceed 2 to 50 times the distance of the first mode of operation.
  • the switching between modes can also be configured automatically, so that the console microprocessor decides, depending on the quality and intensity of the received data signal, whether it is better to switch modes or not. This would be done based on the decision that, if the quality is poor and the data received cannot be decoded correctly, it is preferable to receive energy pulses that can at least help in carrier tracking, as in the second mode "radio -tracking "operation, to risk losing total contact with the carrier.
  • the third mode of operation is called “pulse geo-fence” and is characterized in that an area of action is defined around the console where the carrier device transmits radio-tracking energy pulses at a lower frequency than the second "radio-" mode. tracking "and the positioning modules are disabled. When the carrier is away from the radio in this environment, it triggers an alarm so that the console starts a search and tracking procedure as in the first "positioning" mode of operation.
  • the advantage of this third "pulse geo-fence” mode of operation is that when the user is certain that for a period of time the carrier will be in a delimited area, a lot of energy is saved, and therefore lengthened considerably the battery life of both devices. The autonomy of the devices increases around 10 to 50 times compared to the other modes of operation.
  • the same console has multiple carriers under its supervision.
  • the high number of constant follow-ups that should be done to ensure that no carrier is lost is a laborious task for the user.
  • the "pulse geo-fence" mode allows you to maintain control over an area, and only devote time and concentration to the search and tracking of those few carriers that move away from the delimited area.
  • the other advantage of the "pulse geo-fence" mode is that the devices consume little energy in this mode since while the carrier is within the range of action, it is switched to a configuration of operating parameters of low consumption. An example of the periodicity of transmission of energy pulses can be seen in FIG. 8.
  • This comprises a minimum pulse transmission frequency of the carrier device, with a low power, which allows the console, after a calculation of reception power, to estimate whether the carrier is within or outside the previously defined maximum radius .
  • the energy saved can be used later in case you have to undertake a search and tracking of a remote carrier. Changes between modes of operation are applied by default parameters programmed in each device, or when conditions permit, by means of tele-commands issued by the console, automatically, or manually, when offering the option to the user , as described above.
  • a first mode of communication called "bidirectional" is characterized in that both devices are at a distance that allows the exchange of data between the console and at least one carrier device. In an exemplary embodiment, this data exchange is possible at distances between normally low devices.
  • a third "no data" communication mode is entered, characterized in that the devices are so far apart that data communication between them is not possible. Therefore, in this mode, the carrier device is configured to enter radio-tracking mode by default, and send a pulsating signal that allows the console device to estimate the carrier's direction and distance, at very high distances between devices, which can hover around 2 to 50 times more than the other two modes of operation.
  • FIG. 11 shows the three coverage areas according to the sensitivity in reception of the devices.
  • This representation shows a carrier device 120 approaching the console device 110 in the direction shown by the broken arrow. In the initial position, both devices are so far away that there is no communication between them.
  • the carrier 120 When approaching, the carrier 120 will enter the first sensitivity zone of the console device, represented by the cross at position 1101. In this zone the second "radio-tracking" mode of operation and the third “no data” communication mode are established. ", which allows the console to obtain a first indication of the approximate address in which the carrier is located. This in turn allows the user to start approaching the bearer.
  • the carrier 120 will be in the sensitivity radius represented by the cross 1102. In this area the first "positioning" mode of operation and the second "unidirectional" mode of communication will be established, allowing the The console receives the geographic coordinates of the carrier in addition to the radio-tracking pulse signal. Therefore, the position of the carrier can be determined exactly.
  • the position of the bearer can be obtained exactly, and therefore, the user can be given an exact indication of the direction to follow and the distance between the two devices by switching from the second "radio-tracking" mode of operation to the first "positioning" mode of operation.
  • the state-of-the-art radio-tracking systems cannot offer this accuracy in target positioning.
  • FIG. 12 and FIG. 13 show the representation graphic on the screen displayed by the user of the console, and how, depending on the mode changes, the data and graphics change accordingly.
  • FIG. 12 shows the representation in the "radio-tracking" mode of operation, and the changes according to the intensity of the received signal and the satellite coverage, or equivalently, the sensitivity zones.
  • FIG. 13 shows similar changes, but once within the "unidirectional" and “bidirectional” communication zones.
  • Changes between communication modes are applied by default parameters programmed in each device, or when conditions permit, by means of tele-commands issued by the console automatically or manually by the user.
  • the devices At any time of operation, when the devices are running, they will be in some mode of operation and some mode of communication, depending on the quality of the link between the device and some GPS satellite, and the quality of the link between the console and at least a carrier device
  • the operation mode and the communication mode in which both the carrier device or the console is located can be represented by the console screen, together with other data of interest to the user, such as, for example, a representation of the signal strength, of the GPS coverage, the positional information of the carrier together with the assigned communication frequency, the transmission speed, the movement speed of the device, GPS module status indicator, telemetry message counter, the time elapsed since the last update, the intensity of the energy pulses, the direction and the distance to be followed in order to track and find the bearer, a voltage indicator battery, the selected antenna, whether internal or external, and other telemetric data, such as operating parameters of the carrier device, or of sensors coupled to it.
  • data of interest to the user such as, for example, a representation of the signal strength, of the GPS coverage, the positional information of the carrier together with the assigned communication frequency, the transmission speed, the movement speed of the device, GPS module status indicator, telemetry message counter, the time elapsed since the last update, the intensity of the energy pulses, the direction and the distance to
  • An indicator of accuracy in the calculation of direction and distance can also be provided. This indication can be based on whether at any given time only energy pulses are used to estimate these values, or the reception of positional data from the carrier device, and / or also the magnetic sensor, and / or additionally with the accelerometer. You can decide on this parameter whether to switch between operating modes or not. The time elapsed since the last update also serves this purpose, in case there is too much time in some area with little satellite coverage, switch to radio-tracking mode.
  • a distance threshold can be defined in which the console sends a command to turn on a light on the carrier device, or that it emits an audible signal, facilitating its location when it is close to the user.
  • the console is also adapted to have a plurality of carrier devices registered, allowing the search and tracking of a group of carriers. While at some point they have registered all the bearers object of the search, later they can be selected individually to locate the bearer in question.
  • This embodiment can be seen in FIG. 14.
  • a group selection can be made, whereby the console is adapted to cyclically display the parameters of interest, previously defined by the user for each carrier in a map format.
  • the console would be configured to request the last update of the position information to each of the bearers just before its on-screen display, in order to provide the user with the information in real time.
  • This feature has its advantage for mobile carriers, which between one visualization and another could vary their positioning considerably.
  • the identification numbers of one or more carriers can be shared, by means of an exchange of data directly between consoles.
  • the various logic modules, blocks, and circuits described in connection with the examples and embodiments can be implemented with a general application processor, a digital signal processor, DSP, an application specific integrated circuit, ASIC, a programmable field gate array, FPGA , or another programmable device, or a combination of at least two of them.
  • the methods and algorithms described can be part of realizations implemented directly in hardware, in a software module executed by a processor, or a combination of both.
  • the data communication modules can be implemented either as an electronic device, such as a Definable Radio Software, or software programmable radio transceiver, or a combination of both.
  • the software module may reside in a RAM, flash memory, ROM memory, EPROM memory, EEPROM memory, registers, hard disk, removable disk, CD-ROM, DVD-ROM, or any other storage medium known in the state of the technique.

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Abstract

Un dispositivo configurado para ser llevado por un blanco a localizar, un dispositivo consola configurado para presentar información sobre la posición, dirección y distancia donde se encuentre el blanco a un usuario de la consola, un sistema y un método para la búsqueda y localización de un blanco por radio-rastreo.

Description

MÉTODO, SISTEMA Y DISPOSITIVOS DE RADIO-RASTREO
CAMPO DE LA INVENCIÓN
El presente invento se refiere al campo de las telecomunicaciones, y en particular, a un dispositivo de radio-rastreo, o "radiotracking" , para la búsqueda y seguimiento de objetos y/o animales y personas.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La técnica del radio-rastreo permite incorporar emisores a animales, objetos o personas, para encontrarlos posteriormente a través de un receptor que se comunica con el emisor con señales electromagnéticas, incluso a distancias muy altas en el rango de varias decenas de kilómetros . Esta técnica puede usarse en cualquier aplicación que necesite localizar un objeto, y posteriormente rastrear y seguir al objeto mientras éste se mueve. El proceso del rastreo es también conocido con el término de "radiotracking" . En lo que a este documento se refiere, los términos radio-tracking y radio-rastreo se usarán intercambiablemente en el resto de la descripción ya que el dispositivo objeto de la invención provee tanto la funcionalidad de localización como de rastreo, ambos de forma inalámbrica por radio frecuencia. En lo siguiente, el término "portador" se usará para definir al portador del transmisor/receptor, o transceptor, que normalmente serán animales, objetos o personas, ya sean móviles o no, objeto del rastreo y localización. El portador puede ser también cualquier otro objeto, independientemente de su tamaño o forma, al que pueda acoplarse un dispositivo de radio-rastreo. El término "usuario" se usará para definir la persona, objeto, máquina o animal que haga uso de la información del dispositivo rastreador para poder localizar y rastrear al portador.
Un ejemplo de esta aplicación podría ser en la cetrería, donde las aves salvajes que acompañan al cetrero en la caza no se pierdan. Si el usuario ha perdido de vista a su animal, lo cual es muy habitual en ésta práctica dada la gran movilidad de los animales y su radio de acción, la ayuda de un dispositivo de rastreo es necesario para volver a encontrar al ave. Además, durante un proceso de entrenamiento, es necesario un dispositivo de localización y seguimiento para poder impartir las correctas costumbres a las aves . De la misma forma se pueden adiestrar perros de caza, o incluso palomos en la práctica de la colombicultura.
Otra aplicación es en la conservación de fauna, donde es necesario un dispositivo de este tipo para completar estudios sobre migraciones, reproducciones e incluso actitudes de los animales. Otra aplicación es en la vigilancia de animales domésticos o "pets" , para tenerles siempre localizados. De esta forma los dueños de dichos animales también están más tranquilos sabiendo que, aunque no tengan a su animal doméstico a la vista, si que los tienen localizados.
La técnica del radio-rastreo se basa en la emisión de pulsos radio-eléctricos desde un transmisor a una frecuencia dada, usando una antena omnidireccional para radiar energía en todas las direcciones, y la recepción de dichos pulsos por un receptor, sintonizado a la frecuencia en cuestión, a través de una antena direccional . La antena direccional en el receptor permite discernir angularmente cambios en la potencia de la señal recibida y por tanto dar una estimación de la dirección de la que proceden los pulsos electromagnéticos .
Los transmisores son portados por los objetos a localizar, ya sean un portador o varios, mientras que por lo menos un receptor sería capaz de recibir las señales emitidas por los múltiples transmisores. La persona experta en la materia se dará cuenta de las varias posibilidades de modificación a ésta realización, como, por ejemplo, la de tener múltiples receptores recibiendo las señales emitidas por múltiples transmisores .
Los equipos clásicos de radio-rastreo tienen la desventaja de tener grandes dimensiones. En cambio, tienen la ventaja de una mayor sensibilidad a la hora de recibir señales, y por tanto, pueden recibir señales muy débiles con una intensidad muy baja. De la misma forma, pueden recibir con gran exactitud señales emitidas de largas distancias, en el rango de varias decenas o incluso centenas de kilómetros.
Los últimos desarrollos en integración digital ofrecen la ventaja de reducción de tamaño. Al permitir el procesamiento de señales digitalmente, son más precisos y fiables. En cambio tienen habitualmente una sensibilidad a la recepción de señales más baja que los dispositivos anteriores . Los dispositivos de radio-tracking habitualmente se basan sobre la emisión de pulsos de energía en radio frecuencia RF por un transmisor, la anchura y distancia entre pulsos siendo parámetros fijos y no cambiables durante el funcionamiento del dispositivo. Tampoco permiten la posibilidad de añadir ningún tipo de información al pulso emitido por el transmisor.
El receptor, al recibir los pulsos emitidos, convierte directamente la señal entrante en señales audibles. Como la intensidad de la señal audible varia en proporción directa con la intensidad de la señal recibida RSSI, el usuario, con el receptor en mano, puede discernir si está apuntando el receptor en la dirección correcta, y tener una idea de la distancia al portador del transmisor, sólo con oír la señal. Pero para que el usuario pueda decidir cuál es la señal sonora más alta, y por tanto, cual es la dirección correcta, debe girar sobre su mismo eje. Adicionalmente, si la señal de pulsos se recibe con poca intensidad por una atenuación puntual alta, y el usuario escucha una amplitud baja, éste se lleva una impresión incorrecta de la distancia, pensando que el portador se encuentra lejos.
Por tanto las técnicas de radio-rastreo del estado de la técnica sufren la desventaja que sólo permiten estimar la dirección en la cual se encuentra el portador y no determinan con exactitud la dirección real . Tampoco permiten determinar la distancia al portador, ya que carecen los datos necesarios para poder determinar con exactitud esta distancia. Otra desventaja de estos dispositivos existentes es que la resolución angular en la determinación de la dirección es altamente dependiente de la directividad de la antena usada. Además, como ya mencionado, requiere mover angularmente , o girar, el receptor, para poder estimar la dirección del portador.
En general, los dispositivos del estado de la técnica requieren un proceso de aprendizaje por el usuario, generalmente largo, necesario para acostumbrarse al uso de los dispositivos pulsantes para localizar y rastrear el objeto perdido. Este procedimiento puede ser molesto para el usuario y por tanto dificulta su comercialización.
Existen en el mercado dispositivos de posicionamiento basados en la tecnología Global Positioning System, o GPS. Esta tecnología basada en la recepción por un dispositivo de tierra de varias señales emitidas por al menos tres satélites permite el cálculo, en adición al procesamiento avanzado de señales, con una precisión en el rango de metros del portador del dispositivo de recepción GPS. Pero la gran mayoría de dispositivos GPS se aplican a situaciones en las que un usuario pueda localizarse a sí mismo, como portador del dispositivo. Estos dispositivos no están diseñados para que un usuario pueda localizar a un portador que se encuentre lejos del dispositivo GPS del usuario rastreador.
Existen en menor cantidad dispositivos GPS con funcionalidad de comunicación unidireccional. Es decir, permiten la transmisión, por parte de un portador, y la recepción, por parte de una consola, de los parámetros definiendo la localización del portador, permitiendo la determinación de la posición de un portador por un usuario capaz de recibir y procesar esta información. Con estos dispositivos se puede ver la evolución de la dirección de movimientos del portador en pantalla. También se pueden memorizar coordenadas virtuales, donde el portador se ha encontrado.
La gran desventaja de estos dispositivos es que una vez que se encuentran en zonas de baja, o nula, cobertura vía satélite, pierden por completo su funcionalidad. Esto puede ocurrir, en el caso de la consola, cuando el usuario se encuentre en el interior de edificios, entre montañas, en un bosque denso, dentro de un vehículo, o casa o cueva. En el caso del dispositivo portador, si el blanco a rastrear cae en un agujero, o queda inmovilizado con la antena GPS apuntando hacia la tierra, o se encuentra dentro de un edificio, o cueva.
La comunicación unidireccional se implementa aprovechando un enlace de datos, por ejemplo el General Packet Radio System GPRS, de algún operador de servicios móviles, lo cual significa la integración de un módulo para un Subscriber Identity Module SIM, además del pago de una cuota mensual . Esta característica eleva sustancialmente los costes de operación del sistema.
Otra desventaja de estos dispositivos es que utilizan protocolos de comunicación de corta distancia, como lo puede ser el Bluetooth, o que la sensibilidad de los receptores es muy baja, con lo cual sólo permite la recepción de señales a muy corta distancia, en el rango de decenas de metros. Incluso a estas cortas distancias consumen mucha energía dado el funcionamiento del módulo GPS, y por tanto tienen una autonomía muy baja.
Adicionalmente, la dirección de comunicación es siempre de portador a consola, con lo cual los dispositivos GPS del estado de la técnica sufren la desventaja de no permitir comunicación bidireccional, donde la consola pueda enviar datos al portador.
Por tanto el alcance en la transmisión de la información de posición GPS es muy inferior al alcance en la transmisión de la señal pulsante de las soluciones de radio- tracking del estado de la técnica. Además esta comunicación es unidireccional, definiendo sólo la posibilidad de recibir información del dispositivo portador, y no de transmitir información a él.
Estos dispositivos GPS incorporan un sensor magnético, o brújula, permitiendo la correcta orientación del dispositivo hacia la localización de las coordenadas recibidas por el portador en referencia al norte magnético terrestre. En este aspecto, un dispositivo GPS con funcionalidad de transmisión de datos de posición tiene la ventaja de que no requiere mover angularmente el receptor para estimar la dirección y la distancia del portador. No obstante, siguen sufriendo la desventaja en que la resolución angular en la determinación de la dirección varía en función de varios factores, como lo pueden ser la intensidad en la recepción de la señal GPS, la intensidad del campo magnético terrestre en esa zona geográfica, que varía de zona en zona, obstáculos metálicos, y los efectos de otros campos magnéticos artificiales producidos, por ejemplo, por estaciones eléctricas o cableados de alta tensión. Por tanto existe la necesidad de mejorar los dispositivos del estado de la técnica para que permitan la búsqueda y seguimiento por medio de radio-rastreo de un portador que solucione alguno o todos los problemas de los dispositivos del estado de la técnica.
RESUMEN DE LA INVENCIÓN
Estas desventajas y otras se solucionan por medio de la invención descrita. En particular, se propone solucionar los problemas anteriormente descritos por medio de al menos un dispositivo consola de radio-rastreo, al menos un dispositivo portador de radio-rastreo, un sistema de radio- rastreo y un método de radio-rastreo definiendo un procedimiento de búsqueda y seguimiento de al menos un portador por al menos un usuario.
Las realizaciones preferidas del concepto nuevo e inventivo objeto de las reivindicaciones independientes se protegen por medio de las reivindicaciones dependientes, que definen aún más opciones ventajosas al concepto general reivindicado . BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La presente invención se describirá haciendo referencia a los dibujos correspondientes. En los dibujos, los elementos que tengan el mismo número de referencia se refieren a elementos idénticos o funcionalmente similares. Los dibujos se utilizan solo para ilustrar mejor las características del invento, y no limitan de ningún modo las posibles realizaciones descritas. , La FIG. 1 muestra la aplicación del dispositivo objeto de la invención a la localización de un animal.
La FIG. 2 muestra un ejemplo de realización de parte del dispositivo portador según la invención.
La Fig. 3 muestra un ejemplo de realización de parte del dispositivo consola según la invención.
La FIG. 4 muestra un ejemplo de realización de una parte del módulo de posicionamiento según la invención.
La Fig. 5 muestra un ejemplo de realización de parte del dispositivo portador según la invención. La FIG. 6 muestra un ejemplo de realización del parte del dispositivo consola según la invención.
La FIG. 7 muestra un ejemplo de realización de las tramas de pulsos de energía según la invención.
La FIG. 8 muestra un ejemplo de realización de las tramas de pulsos de energía en modo ahorro de energía según la invención.
La FIG. 9 muestra un ejemplo de realización de las tramas de pulsos de energía incorporando señal de datos según la invención. La FIG. 10 muestra distintas realizaciones de los dispositivos objeto de la invención.
La FIG. 11 muestra las distintas zonas de cobertura que definen los modos de comunicación. LA FIG. 12, FIG. 13 y FIG. 14 muestran varios ejemplos de la representación de la información disponible para el usuario de los dispositivos objeto de la invención.
DESCRIPCIÓN DE FORMAS DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN
En la FIG. 1 se puede apreciar un sistema 100 ejemplo de realización del invento. El sistema 100 comprende un dispositivo consola 110 para el usuario 111, máquina, objeto o animal, queriendo buscar y rastrear un portador 121 y un dispositivo portador 120, acoplado al portador, ya sea objeto, persona, máquina o animal. El dispositivo 120 se tiene que registrar con la consola 110 para inicializar la operación de búsqueda y rastreo.
La operación de registro comprende entre otros la asignación de una frecuencia común de operación entre ambos dispositivos guardada en la consola bajo un número de identificación del dispositivo portador 120. Este número se puede componer de un nombre a elegir por el usuario para reconocer el portador en cuestión, o el número de serie del dispositivo portador, o la frecuencia en la que se emiten los pulsos de energía, o la frecuencia en la que se emiten las señales telemáticas de datos, o una combinación de estos. El registro se puede implementar de serie, o al inicializar un portador con una consola, cambiando los parámetros indicados cada vez.
Las desventajas del estado de la técnica son solucionadas por el funcionamiento del sistema, y en particular, por la relación entre dispositivo consola 110 y portador 120, que se detallarán a continuación.
La FIG. 2 muestra un ejemplo de realización 200 de una parte del dispositivo portador 120 según la invención. El dispositivo está adaptado para ser acoplado o llevado por un portador, ya sea humano o animal, objeto o máquina, con o sin su consentimiento. En ésta realización, el dispositivo portador comprende un transmisor 201 de pulsos de energía en frecuencia RF, un módulo de posicionamiento 204 y un módulo de comunicación de datos 202, también por radio.
Los pulsos de energía se caracterizan porque consisten en una emisión de una onda portadora, o "carrier wave" , sin una estructura estándar para la transmisión de datos . Por tanto no se trata de una transmisión de información en forma de modulación de datos comprendiendo una cabecera, o "header" , y una carga, o "payload" .
En otras palabras, y tal como se puede apreciar en la FIG. 7, es una emisión de energía a una cierta frecuencia y durante un periodo definido de tiempo 702. La repetición de esta emisión de pulsos produce un tren de pulsos de energía con una cierta periodicidad, definida por el tiempo 702 entre emisión y emisión.
El objetivo es que la periodicidad define una cadencia que permite a un receptor, ya sea humano o no, capturar el tren de pulsos y usarlo como guía para definir la dirección por el cual provienen los pulsos. De esta forma, el tren de pulsos permite rastrear al transmisor que emite los pulsos, incluso cuando el transmisor se esté moviendo. Otra característica de estas emisiones de radio- rastreo en forma de pulsos de energía, que las diferencia de la transmisión de datos habitual, es que no están dirigidas a ningún receptor en concreto. En cambio, si un receptor en particular está usando un tren de pulsos para hacer un rastreo, puede reconocer la periodicidad de la emisión como proveniente del portador que busca. En otras palabras, si se reciben múltiples trenes de pulsos, un receptor puede discernir la dirección correcta extrayendo la "firma" necesaria, representada por la cadencia o periodicidad de un tren de pulsos en particular, para rastrear su objetivo.
Aparte del transmisor 201 hay un módulo de comunicación de datos. El transmisor 201 y el módulo de comunicación de datos 202 comparten una antena omnidireccional 203, a través de un switch. El módulo de posicionamiento 204 recibe las señales vía satélite a través de la antena 205. Un microprocesador central 206 coordina el modo de funcionamiento del dispositivo portador 120, determina que datos se envían o reciben, además de aplicar el procesamiento de señales necesarias. En un ejemplo de realización, el mismo transmisor se utiliza para emitir los pulsos de energía y las tramas de datos. También se pueden usar transmisores independientes. Existe un switch que permite conmutar entre la transmisión, ya sea del tren de pulsos o la señal de datos, y la recepción de datos emitida por la consola. La FIG. 5 muestra otro ejemplo de realización de parte del dispositivo portador 120.
La FIG. 3 muestra un ejemplo de realización de parte del dispositivo consola 110 según la invención. En ésta realización, la consola comprende un receptor 301 de onda portadora, o pulsos de energía en frecuencia RF, un módulo de posicionamiento 304 y un módulo de comunicación de datos 302, también por radio frecuencia. El receptor 301, que puede diseñarse como un receptor superheterodino o homodino, y el módulo de comunicación de datos 302 comparten una antena direccional 303, a través de un switch. También se puede configurar una antena direccional externa, acoplada por el usuario. Esta opción tiene la ventaja de incrementar la sensibilidad en recepción de la antena y su directividad usando una antena con mejores prestaciones .
La sensibilidad de los receptores en general varía en función no solo de las antenas elegidas, sino también de todos los módulos internos de procesamiento de señales que puedan incorporar, que ayuda a recibir mejor las señales, como lo pueden ser filtros de banda de frecuencias, amplificadores activos o pasivos, moduladores, demoduladores, codificadores, decodificadores, entre otros.
El módulo de posicionamiento 304 recibe las señales vía satélite a través de la antena 305. Un microprocesador central 306 coordina el modo de funcionamiento del dispositivo consola 110, determina qué datos se envían o reciben, además de aplicar el procesamiento de señales necesarias. Existe un switch que permite conmutar entre la transmisión de la señal de datos, y la recepción de datos, o la señal de pulsos, emitida por el portador. Las FIG. 6 y FIG. 10 muestran otros ejemplos de realización del dispositivo consola 110. En la FIG. 6 se observan otros switch para conmutar entre antenas, o modos de recepción y transmisión, o modos de posicionamiento. En la FIG. 10 se puede apreciar la antena 1007, una conexión 1003 para una antena externa, y una antena interna 1006 del receptor, además de una conexión para auriculares 1001, para una unidad 1002 Universal Serial Bus USB, y el teclado 1004.
Esta combinación de módulos de radio-rastreo y módulos de posicionamiento permite sufragar las desventajas de los dispositivos del estado de la técnica, ya que el sistema 100 permite, entre otras ventajas:
mejorar el cálculo exacto de la distancia, la dirección y la posición en la cual se encuentra el portador en contraste con una estimación aproximada de la dirección y la posición obtenida por medio del tren de pulsos. La dirección a seguir para buscar al portador es indicada por una flecha, y la distancia por una indicación numérica o una barra de proximidad. De esta forma la resolución angular se hace independiente de la directividad de la antena del dispositivo consola. Esta ventaja se puede apreciar por ejemplo cuando la distancia entre usuario y blanco es tan grande, que los movimientos del blanco son relativamente pequeños. Estos cambios pequeños no se pueden discernir usando un dispositivo de radio-rastreo según el estado de la técnica. En cambio un módulo de posicionamiento si provee la información exacta; cuando un usuario con la consola en mano carece de cobertura vía satélite, se ve obligado a buscar una zona, normalmente una zona abierta, donde poder recibir otra vez las señales vía satélite, que puede ser laborioso porque típicamente comprende subir una montaña, o salir de un bosque, o de un edificio. Más comúnmente, cuando el objeto del invento se usa para la localización de animales, la movilidad de estos típicamente resulta en que el dispositivo portador carezca intermitentemente de cobertura vía satélite, ya que los animales se pueden esconder en bosques, debajo de obstáculos, o en el caso de un animal doméstico como un gato, entran y salen continuamente de un edificio. En ambos casos, por medio de las características del invento, el usuario recibirá siempre la señal de pulsos que le dará una idea aproximada de los movimientos del portador, permitiéndole dirigirse hacia él correctamente . Durante ésta búsqueda si el usuario entra en una zona de cobertura vía satélite, se haría un cálculo exacto de la posición del portador; adicionalmente, los sistemas existentes GPS pueden determinar la posición de un blanco en el mejor de los casos con una precisión de pocos metros, por ejemplo 5 m. Pero en cuanto disminuye un poco la cobertura vía satélite, la combinación de los errores en los dispositivos consola y portador asciende a decenas de metros, por ejemplo entre 50 m y 100 m. Esto se traslada a un error en área de ubicación de varias centenas de metros cuadrados, por ejemplo entre 100 m2 y 2000 m2. Este margen de error es independiente de si el portador está cerca o lejos del usuario. En cambio, por medio de las características del invento, a medida que se acerca la consola al dispositivo portador, la precisión de la estimación de la localización aumenta, hasta el punto que si están contiguos, una consola puede localizar un portador con un margen de error de pocos centímetros, por ejemplo de 5 cm. Esta característica es especialmente ventajosa para la localización de personas o animales o objetos enterrados, especialmente si están a profundidad o si el objeto es pequeño. Una ventaja similar se aprecia en la discriminación de la altura, ya que los sistemas GPS tienen una precisión de decenas de metros en altura, por ejemplo 50 m, mientras que el presente invento tiene la misma precisión, no importa la dirección de búsqueda, pudiendo localizar con una exactitud de pocos centímetros, por ejemplo 5 cm.
Por tanto la sinergia de ésta combinación tiene ventajas no ofrecidas por los dispositivos del estado de la técnica. Por una parte el módulo de posicionamiento mejora la exactitud a la hora de posicionar un portador, lo cual disminuye notoriamente el tiempo de búsqueda y la fiabilidad del rastreo, aumentado la autonomía de los dispositivos móviles. Por otra parte, cuando se carece de la opción vía satélite, la continua emisión del tren de pulsos, o señal de radio-rastreo, permite al usuario continuar una búsqueda acertada, siempre siguiendo al portador dentro de unos márgenes de error conocidos por el usuario. Esto también se refleja finalmente como una ganancia de tiempo y un incremento en la autonomía de los dispositivos importante. Además el riesgo a perder el portador de forma definitiva se reduce notoriamente que sería normalmente el coste más alto para un usuario habitual de este tipo de dispositivos.
En resumen, el sistema descrito, y el método de funcionamiento del sistema, maximiza la exactitud a la hora de localizar un blanco a la vez que minimiza el riesgo de perder el blanco. Ambos efectos se añaden a la ventaja importante del incremento de la autonomía de los dispositivos producida por ésta combinación.
Los módulos de posicionamiento de ambos dispositivos 110 y 120 son muy similares. La FIG. 4 muestra un ejemplo de realización de un módulo de posicionamiento 400 según la invención. El módulo 400 comprende un receptor 401 y una antena 402 para la recepción de señales vía satélite. Un microprocesador 403 procesa las señales recibidas para extraer los datos necesarios para poder hacer un cálculo de la posición en la que se encuentra el módulo 400, ya sea dentro de una consola 110 o un dispositivo portador 120.
Esta información posicional comprende las coordenadas geográficas definidas por la latitud y longitud, y además la velocidad y altitud del dispositivo portador. El microprocesador cumple además otras funciones de procesamiento de señales y control de los distintos módulos .
Un sensor magnético o brújula electrónica 404 hace la función de detectar las variaciones angulares respecto al norte magnético terrestre, que es la referencia usada por los sistemas de posicionamiento vía satélite. La integración de éste sensor magnético es opcional, ya que su funcionalidad es más necesaria en el dispositivo consola 110 que en el dispositivo portador 120. La ventaja de la brújula 404 es que permite que el usuario gire sobre su propio eje, pero la dirección se reflejaría siempre correctamente, ya que se tendría el norte magnético terrestre como referencia. Una alternativa al sensor magnético es simplemente dar unos pasos hacia una dirección en concreto, y determinar cómo cambia la posición de uno en relación con las coordenadas del portador para corregir la dirección. En la realización preferente de la invención el dispositivo consola 110 lleva un sensor magnético 404 integrado.
La corrección proporcionada por el sensor magnético se puede mejorar incluso más con un acelerómetro 405 opcional. Este módulo permite medir y compensar las variaciones del módulo de posicionamiento en relación con el plano de la tierra si el dispositivo gira, o se mueve, hasta unos 15° en relación con el horizonte. Adicionalmente el acelerómetro permite obtener medidas de movimiento, como la velocidad o aceleración, del usuario, que se pueden usar para corregir, o mejorar, la determinación de la posición del portador, especialmente en caso de poca, o ninguna, cobertura vía satélite.
El módulo de posicionamiento además ofrece una indicación de la precisión en su medida de la posición. Aparte de indicar la dirección actual, en tiempo real, del blanco a buscar, permite mantener un seguimiento, ya que se puede representar en pantalla la evolución geográfica de los movimientos del portador.
El módulo de posicionamiento 400 calcula la posición según el protocolo de Global Positioning System, GPS, en este modo de realización preferente. En cambio, el experto en la materia se dará cuenta que es posible cambiar de protocolo a cualquier otro que permita el cálculo de los parámetros necesarios para determinar la posición del portador con una exactitud en el rango de metros. Otros sistemas, como el GLONASS, IRNSS o COMPASS, existen como soluciones para distintas zonas terrestres. Para Europa el sistema de posicionamiento vía satélite bajo desarrollo es el sistema GALILEO de satélites.
La FIG. 7 muestra un ejemplo 700 de realización de las tramas de pulsos de energía 701 emitidos en unas frecuencias elegidas de la banda de frecuencias RF por el transmisor 201 según la invención. El dispositivo portador 120 emite continuamente estos pulsos de radio-tracking, desde su puesta en marcha hasta su apagado. Esta función permite el rastreo continuo del dispositivo, y tiene la ventaja de permitir el seguimiento del portador a grandes distancias. Como se puede apreciar en esta realización el tren de pulsos tiene un intervalo 702 de repetición de los pulsos, y un ancho 701, además de ser transmitido usando una fase en concreto.
Los distintos módulos de los dispositivos consola 110 y portador 120 se alimentan por medio de al menos una batería. Esta batería puede ser recargable o desechable. Dada la movilidad a la que se someten ambos dispositivos en zonas típicamente rurales, se da la necesidad de proveer los distintos dispositivos con la máxima duración de batería. En el caso del dispositivo portador 120, una solución una vez que se ha detectado que la carga de la batería es baja, es entrar en un modo "ahorro de energía" y disminuir la frecuencia de emisión de pulsos, y la duración de los pulsos, para emitir con una potencia media menor. La trama resultante se puede apreciar en la FIG. 8, en la cual el ancho de los pulsos 801 es menor que el ancho 701 del modo normal de operación, y el intervalo de repetición 802 es mayor que el intervalo 702 del modo normal de operación. En este modo se desactiva la funcionalidad del módulo de posicionamiento y de comunicación de datos . Dadas las características de la invención, éste modo sigue permitiendo el rastreo del portador a la vez que se maximiza la autonomía del dispositivo mientras queda carga en la batería.
El dispositivo consola 110 está adaptado para recibir los pulsos de energía emitidos en la misma frecuencia por el dispositivo portador 120. Como la emisión de pulsos es continua, desde la puesta en marcha hasta su apagado, la consola recibe estos pulsos que convierte por medio de al menos un transductor en una señal auditiva, usando un altavoz o un buzzer, o una vibración, para notificar al usuario del correcto "mareaje" del portador. El microprocesador 306 está también adaptado para calcular la potencia de recepción en términos de intensidad de la señal recibida RSSI, y proveer esta información, ya sea por si sola o en combinación con otros datos, por medio de una representación gráfica en la pantalla de la consola. Esta representación gráfica es muy útil a la hora de guiar al usuario a identificar en qué dirección se encuentra el portador y a qué distancia. Distintos ejemplos de representaciones gráficas se pueden apreciar en la FIG. 12, FIG. 13 y FIG. 14. La determinación de la potencia se puede obtener por dos métodos. El primer método utiliza la intensidad de los pulsos de energía recibidos, y el segundo método utiliza la intensidad de la señal de datos. También se puede utilizar una combinación de ambos métodos para disminuir el margen de error en esta determinación.
Tal como se puede apreciar en la FIG. 2 y FIG. 3, ambos dispositivos 110, 120 integran un módulo de comunicación de datos. La función principal de este módulo es la de transmitir información y datos entre ambos dispositivos. Por ejemplo, el dispositivo portador 120 puede transmitir los parámetros que definen su posición al dispositivo consola 110 por medio del módulo de comunicación de datos 202. La frecuencia de envío de datos de posición es un parámetro configurable por la consola, y se puede implementar por medio de una modulación FSK. El experto en la materia entiende que otros tipos de modulación son también posibles permitiendo el intercambio de datos mientras se mantiene la calidad en recepción necesaria, o previamente definida.
Se puede definir una velocidad de transmisión mínima entre dispositivos. Esta opción tiene la ventaja de tener el Bit Error Rate BER más bajo. En cambio, si las circunstancias, por ejemplo la potencia de emisión, o la distancia entre dispositivos, lo permiten, se puede enviar datos a una velocidad más alta, con la seguridad que la calidad del vínculo es buena.
Esta transmisión de datos, entre otras características de la invención, ayuda a resolver el problema del estado de la técnica en la que la dirección y distancia del portador no se podían determinar con los métodos existentes . Por medio de esta recepción de datos la exactitud en la estimación en la dirección o distancia o posición se mejora ya que se puede proveer al usuario con las coordenadas geográficas de posición, la dirección exacta en la que se encuentra el portador y la distancia exacta que les separa.
Dado que el transmisor y receptor de pulsos están en funcionamiento continuo, la transmisión de datos se hace posible aprovechando los espacios en blanco T2 entre pulso
Tl y pulso Tl, tal como se aprecia en la FIG. 9. De hecho este parámetro se puede configurar por la consola de tal manera que un porcentaje de los espacios entre pulsos T2 puedan ser reservados para la transmisión de datos . Esta transmisión se consigue por medio del múltiplex de los pulsos y los datos, como por ejemplo usando Time División Múltiple Access, TDMA. Estos espacios T2, también denominados slots, pueden ser variables en función de distintos parámetros, como por ejemplo, la distancia de transmisión, la potencia de transmisión, o la asignación de algún slot para el intercambio de datos, o su asignación para el envío de comandos de configuración.
Como un ejemplo, los slots se pueden definir para tener una duración más larga si el envío de tele-comandos no es necesario y además la distancia entre ambos dispositivos es alta. Si la distancia se reduce, se puede definir un slot con una duración menor, para poder enviar más frecuentemente los datos del portador a la consola.
Si existe la necesidad de transmisión de comandos, se definen slots de corta duración, para poder enviar no solo datos, sino también comandos. Se pueden definir incluso slots para el envío de comandos de control de la comunicación, por ejemplo, para implementar un handshaking antes y después de un envío de datos, o del establecimiento de un enlace, o el envío y recepción de ACK y NACK.
También se pueden definir la relación de duración de slots y duración de pulsos que respeten una ratio de periodos de transmisión y silencia, o "duty-cyle", predefinido, con el objetivo de cumplir con un cierto consumo de energía, o para que no se sobrepase nunca el máximo permitido por distintas normas y estándares. Los dispositivos del estado de la técnica no usan los espacios en blanco entre pulsos de energía para la transmisión de datos. En cambio es uno de los objetivos de este invento mejorar los dispositivos del estado de la técnica aprovechando estos espacios no usados, para mejorar el servicio y exactitud de los dispositivos de radiolocalización existentes y la fiabilidad y probabilidad de no perder un blanco de los dispositivos GPS existentes. Dada esta posibilidad de envió de datos, se define un vinculo entre dispositivos consola y portador que puede ser bidireccional o sólo unidireccional . El vínculo unidireccional permite el envío de datos del dispositivo portador hacia la consola, por ejemplo los datos de posición, como ya mencionado. El vínculo bidireccional permite además la configuración del dispositivo portador, para cambiar distintos parámetros, por ejemplo, la frecuencia de cálculo o envío de datos de posición por el módulo GPS, la potencia de transmisión de datos o pulsos a la consola, entre otros.
La posibilidad de configurar los dispositivos para que varíen su funcionamiento permite ofrecer numerosas ventajas adicionales. Por ejemplo, varios parámetros de operación se pueden modificar en uno, u ambos dispositivos con el objetivo de optimizar la duración de las distintas baterías de los dispositivos.
Este aspecto es en particular ventajoso para los dispositivos portador, ya que siendo los que se acoplan a animales, objetos, máquinas o personas, tienen que ser de reducido tamaño y muy ligeros. La batería, siendo uno de los elementos que más pesa, tiene limitaciones estrictas de tamaño y peso, por tanto limitando en un grado alto la vida operacional del dispositivo.
Teniendo en cuenta que normalmente interesa tener una duración lo más larga posible para la conveniencia del usuario, pero en particular por si se tarda más de lo habitual en buscar y rastrear al portador, porque se encuentra en zonas de difícil acceso, o simplemente se ha perdido y se encuentra muy lejos, la necesidad de maximizar la duración de las baterías de los dispositivos consola y portador se hace evidente.
Por tanto la autonomía de uno, o múltiples dispositivos portador, se pueden gestionar de forma remota aprovechando el vínculo bidireccional . Se puede configurar al menos un parámetro que varíe en función de la distancia, o deseos del usuario. Por ejemplo un comando de la consola al dispositivo portador puede definir una cierta frecuencia de envío de datos, la velocidad de transmisión de datos, o se puede definir un modo en la cual el envío de estos datos sólo se hace cuando lo pida la consola. La combinación de estas modalidades es también posible con lo cual se define en un primer nivel una velocidad y frecuencia de envío de datos, hasta que un nuevo comando de configuración cambia algún parámetro.
Parámetros especialmente vinculados a la distancia entre ambos dispositivos son los que definen en mayor grado la potencia necesaria, y por tanto la duración de la batería. Entre estos parámetros están, por ejemplo, la potencia de transmisión y frecuencia de adquisición de la posición GPS .
Un procedimiento de gestión de la autonomía de la batería se puede definir como un algoritmo iterativo que se optimice teniendo en cuenta por lo menos un parámetro de una pluralidad de parámetros variables, de tal modo que, cuanto mayor sea la distancia entre dispositivo consola 110 y dispositivo portador 120:
- mayor sensibilidad de recepción le hará falta al módulo de comunicaciones y receptor de radio-tracking, por tanto se debería minimizar la velocidad de transmisión de datos; se debería minimizar la frecuencia de recepción de señales vía satélite y cálculo de posición, ya que este proceso consume mucha energía; se debería minimizar la frecuencia y/o la velocidad de transmisión de datos para disminuir la energía consumida en el proceso; se debería optimizar la potencia de transmisión, reduciéndola manteniendo siempre un nivel adecuado para que se pueda recibir la señal emitida. Esta optimización se basa en que, cuanto más lejos se encuentren los dispositivos, más alta tiene que ser la potencia de transmisión, para compensar por la alta atenuación. En cambio, con el objetivo de minimizar el consumo de batería, se puede gestionar la potencia para que dentro de un rango adecuado que garantice la comunicación, se minimice la potencia de transmisión.
De este modo se pueden alcanzar autonomías de entre 5 y 50 veces mayor que en los dispositivos del estado de la técnica. Por medio de comandos se puede poner en marcha o apagar un dispositivo particular remotamente y de forma inalámbrica. Se puede también pedir información puntual, o establecer un diagnóstico del dispositivo, cambiar su nombre, la frecuencia de transmisión de pulsos y señales de datos, registro o des-registro de un dispositivo, calibración remota, asignación de una clave de seguridad, restablecimiento de parámetros de fábrica, petición de número de serie, entre otros. El envío de otros parámetros para la configuración del dispositivo portador, petición de información, u otras funciones, se entiende dentro del campo de conocimiento habitual del experto en la materia.
La configuración de parámetros variables para obtener un incremento en la vida de la batería, o el inverso, una mayor disminución en el tamaño de los dispositivos y sus pesos, no tienen porque ser exactamente iguales para ambos dispositivos. Por ejemplo, la consola, no teniendo las mismas limitaciones de peso y tamaño que el dispositivo portador, se puede permitir incorporar baterías más grandes, o incluso tener un adaptador para enchufar a fuentes de energía externas, por ejemplo a la batería de un coche. En este caso, la consola podría definir una optimización del algoritmo para sí misma distinta a la del dispositivo portador.
Este modo de operación tiene sus ventajas en situaciones límite, por ejemplo, cuando el portador se encuentre en una situación tan remota que esté funcionando ya a límites mínimos de operación. En este caso, la intensidad de la señal recibida por la consola será muy baja, no habrá certeza de la exactitud de los cálculos de posición del dispositivo portador por su módulo de posicionamiento, e incluso los pulsos radio-tracking ser reciben con una señal muy baja. En este entorno, podría ser ventajoso para la consola incrementar sus parámetros de operación, para maximizar las posibilidades que el dispositivo portador por lo menos reciba correctamente sus comandos de configuración antes de una posible pérdida total de comunicación. La consola empezaría entonces a transmitir con más potencia y más frecuentemente sus últimos comandos.
También podría ser ventajoso, justo antes de que uno de los dos dispositivos haya determinado que está a punto de perder comunicación totalmente, incrementar la potencia de emisión por el transmisor 201 del dispositivo 120, para asegurarse de que las últimas coordenadas geográficas se reciben correctamente por la consola.
Sin embargo, si se da la situación que el portador se encuentra realmente tan lejos de la consola, o en una situación que no permita la radiación libre de ondas electromagnéticas, como por ejemplo en un bosque denso de arboles o una cueva, se puede configurar el dispositivo portador 120 para que, al dejar de recibir comandos de configuración de la consola por un tiempo superior a un umbral previamente definido, éste entraría en el modo de "ahorro de energía" en la cual dejaría de operar los módulos de posicionamiento y de comunicación de datos, y sólo funcionaría el transmisor pulsante del módulo radio-rastreo, o radio-tracking.
Opcionalmente, se puede definir un modo intermedio que se caracterizaría porque el módulo de posicionamiento se encendería para actualizar periódicamente los valores de posición, antes de volver al estado de bajo consumo. Consecuentemente el módulo de comunicación también entraría en actividad para transmitir los últimos datos de posición, usando parámetros de "ahorro de energía" , como la velocidad mínima de transmisión, antes de desactivarse temporalmente. Este modo de realización tiene la ventaja que aunque se haya perdido la comunicación entre ambos dispositivos, el dispositivo portador tendría siempre un seguimiento de su propia posición, y al emitir señales con esta información a muy baja frecuencia, permitiría, que la consola, siempre en modo de búsqueda y rastreo, tenga una señal para poder guiar al usuario hacia el portador con el fin de acercarse lo suficientemente como para restablecer el vínculo completo.
Aparte del envío de datos de posición, el dispositivo portador puede transmitir cualquier otro dato también, usando el protocolo de comunicación definida. Por ejemplo, cualquier dato telemétrico de interés para el mejor funcionamiento del sistema, como los distintos estados y parámetros del dispositivo, por ejemplo la tensión de la batería, se pueden transmitir a la consola ya sea para optimizar el funcionamiento del sistema o para dar a conocimiento del usuario la necesidad de tomar una acción, ya sea a través de la pantalla o por una señal sonora. Podría ser de interés también enviar datos de sensores integrados en el dispositivo o colocados sobre el portador. De esta manera la consola haría la función de receptor central de una multitud de sensores enviados por medio de una pluralidad de dispositivos portador. Esto puede ser de interés para usuarios interesados en conocer el estado de salud de sus animales, o médicos haciendo seguimiento de parámetros médicos esenciales de un paciente, entre otros.
La mejora considerable sobre las soluciones del estado de la técnica reside también en que no sólo el dispositivo portador 120 transmite sus datos de posición a la consola 110, sino la consola también hace un cálculo de su posición usando los datos del módulo de posicionamiento 304.
La posición exacta de estos dos dispositivos permite el cálculo preciso del ángulo en el que se encuentra el portador en relación con el usuario, y la distancia con una exactitud de metros. Además, estos cálculos son independientes de la directividad de la antena utilizada. Adicionalmente el usuario no necesita girar sobre su mismo eje mientras busca la dirección por la cual recibe la señal más fuerte. El dispositivo objeto de la invención le provee ésta información en pantalla de forma automática, sin que el usuario tenga que girarse .
Para que el módulo de posicionamiento pueda hacer un cálculo exacto de la dirección en la que se encuentra el portador, normalmente la consola debe situarse en el plano horizontal que esté perpendicular al vector "peso de la consola". En cambio, en la práctica real, es molesto para un usuario en movimiento tener que concentrarse en intentar sujetar la consola continuamente respetando esta limitación, que normalmente ronda los +15° respecto al plano horizontal. Además, incluso con la cooperación activa del usuario, no se puede garantizar el mejor cálculo de posición. Este problema se resuelve con la integración de un acelerómetro en la consola 110. La brújula electrónica opcional, con los datos del acelerómetro, permite que la consola 110 tenga en consideración las variaciones de su eje de peso en relación con el norte magnético terrestre y se autocorrija. La precisión en el cálculo de posición por tanto es mejorada sustancialmente, especialmente para usuarios móviles que lleven la consola, y por tanto la sometan a movimientos y cambios de ángulo continuos.
La interacción de los dispositivos consola y portador permiten una gama variada de modos de operación y aplicaciones distintas. El sistema 100 está diseñado para tener tres modos de operación en función de la intensidad de la cobertura GPS al cual está sometido cada dispositivo, y tres modos de comunicación en función de la intensidad de la señal recibida por el dispositivo consola del dispositivo portador .
Tanto la intensidad de la señal emitida por el dispositivo portador como la señal emitida por los satélites son influenciadas por varios factores, como por ejemplo, el tiempo, precipitaciones, temperatura, u obstáculos, como bosques, montañas, edificios, zonas abiertas, o mar. Además, la intensidad de la señal emitida por el dispositivo portador cambia en relación con la distancia entre éste y la consola. Por tanto, normalmente, cuanto más lejano esté un dispositivo de otro, menor será la intensidad de la señal.
En un primer modo de operación, llamado "posicionamiento" , que se caracteriza por poder ofrecer el máximo de funcionalidad al usuario, ambos dispositivos están en comunicación a una distancia que permite un intercambio de datos fluido y tienen suficiente cobertura GPS como para hacer un cálculo completo de sus posiciones respectivas. En este modo el dispositivo portador 120 está configurado para transmitir, y la consola configurada para recibir, tanto las señales pulsantes radio-tracking como la información de posicionamiento GPS. Este intercambio de información es continuo y permite al dispositivo consola enviar comandos de configuración al dispositivo portador. En cuanto se determina que el dispositivo portador no tiene suficiente cobertura de satélite para actualizar su posición, éste opcionalmente entra en un modo de envío de datos en la cual re-transmite las últimas coordenadas geográficas calculadas. También se puede ofrecer al usuario la opción de guiarse usando los pulsos radio-tracking.
En cuanto se determina que la consola no tiene suficiente cobertura de satélite, pero en cambio el dispositivo si, se puede desactivar temporalmente el módulo de posicionamiento para ahorrar energía, y ofrecer al usuario la opción de guiarse usando los pulsos radio- tracking, o usando última información de posición recibida del portador.
En cambio, cuando se determina que tanto la consola 110 como el dispositivo 120 carecen de cobertura de satélite, se entra en un segundo modo de operación, llamado "radio-tracking" , en la cual el dispositivo portador emite solamente pulsos de energía electromagnética, permitiendo a la consola ajustar la última información de posición del portador calculada. Incluso este modo de operación es ventajoso sobre las soluciones del estado de la técnica, ya que permite que los pulsos recibidos, y la información direccional correspondiente, se use para actualizar la última posición del portador móvil, permitiendo un rastreo con una exactitud menor, pero útil para el usuario, mientras se espera a que mejore la cobertura de satélite. Este modo garantiza el seguimiento, aunque sea impreciso, del portador, evitando su perdida total. En este segundo modo de operación, una vez que se haya restablecido el vínculo con los satélites de posicionamiento, se puede ofrecer, opcionalmente, al usuario la posibilidad de seguir en este modo de operación o conmutar al primer modo "posicionamiento". La ventaja de la conmutación reside en volver al cálculo exacto de la posición de los dispositivos, mientras que la ventaja de seguir en el segundo modo de operación reside en que, como la sensibilidad del receptor de pulsos 301 es mayor que la del receptor de datos en el módulo de comunicaciones 302, el alcance a la hora de recibir señales con intensidad baja es mayor, y puede superar típicamente de 2 a 50 veces la distancia del primer modo de operación.
La conmutación entre modos también se puede configurar de manera automática, para que el microprocesador de la consola decida, en función de la calidad e intensidad de la señal de datos recibida, si es mejor conmutar de modos o no. Esto se haría en base a la decisión de que, si la calidad es mala y no se puede decodificar los datos recibidos correctamente, es preferible recibir pulsos de energía que puedan al menos ayudar en el rastreo del portador, como en el segundo modo "radio-tracking" de operación, a arriesgarse a perder contacto total con el portador.
El tercer modo de operación se llama "geo-fence de pulsos" y se caracteriza porque se define un área de acción alrededor de la consola en donde el dispositivo portador transmite pulsos de energía radio-rastreo a una frecuencia inferior al segundo modo "radio-tracking" y los módulos de posicionamiento están desactivados. Cuando el portador se aleja de la radio de este entorno, hace saltar una alarma para que la consola empiece un procedimiento de búsqueda y rastreo como en el primer modo "posicionamiento" de operación. La ventaja de este tercer modo "geo-fence de pulsos" de operación es que cuando el usuario tiene la certeza que durante un periodo de tiempo el portador se vaya a encontrar en una zona delimitada, se ahorra mucha energía, y por tanto se alarga considerablemente la duración de las baterías de ambos dispositivos. La autonomía de los dispositivos aumenta en torno a 10 a 50 veces en comparación con los otros modos de operación.
También es ventajoso en aplicaciones donde una misma consola tenga bajo su supervisión múltiples portadores. El número alto de seguimientos constantes que habría que hacer para asegurarse de no perder a ningún portador es un trabajo laborioso para el usuario. En cambio, el modo "geo-fence de pulsos" le permite mantener un control sobre un área, y sólo dedicar tiempo y concentración en la búsqueda y rastreo de esos pocos portadores que se alejen de la zona delimitada. La otra ventaja del modo "geo-fence de pulsos" es que los dispositivos consumen poca energía en este modo ya que mientras el portador se encuentre dentro del radio de acción, se conmuta a una configuración de parámetros de operación de bajo consumo. Un ejemplo de la periodicidad de transmisión de pulsos de energía se puede apreciar en la FIG. 8. Esto comprende una frecuencia de transmisión de pulsos mínima del dispositivo portador, con una potencia baja, que permite a la consola, después de un cálculo de potencia de recepción, estimar si el portador se encuentra dentro o fuera de la radio máxima previamente definida. La energía ahorrada se puede aprovechar posteriormente en el caso de que haya que emprender una búsqueda y rastreo de un portador alejado. Los cambios entre modos de operación se aplican por medio de parámetros por defecto programados en cada dispositivo, o cuando las condiciones lo permitan, por medio de tele-comandos emitidos por la consola, de forma automática, o manualmente, al ofrecer la opción al usuario, tal como descrito anteriormente .
Estos modos de operación se pueden apreciar en la Tabla 1.
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Tabla 1
Como la intensidad de la señal emitida por el dispositivo portador cambia en relación con la distancia entre éste y la consola, de manera que cuanto más lejano esté un dispositivo de otro, menor será la intensidad de la señal, se definen varios modos de comunicación.
Un primer modo de comunicación llamado "bidireccional" , se caracteriza porque ambos dispositivos se encuentran a una distancia que permite el intercambio de datos entre consola y al menos un dispositivo portador. En un ejemplo de realización, este intercambio de datos es posible a distancias entre dispositivos normalmente bajas.
A medida que el portador o el usuario se mueven de tal manera que se alejan el uno del otro, llega un punto en que, dada la relativamente baja sensibilidad en recepción del dispositivo portador, la transmisión de comandos del dispositivo consola no se recibe correctamente. En cambio sigue siendo posible la comunicación de datos del dispositivo portador a la consola, dada la alta sensibilidad en recepción de ésta. En esta situación se ha entrado en un segundo modo de comunicación "unidireccional" . Este modo de realización tiene la ventaja que los datos de posicionamiento del portador pueden seguir siendo comunicados a distancias relativamente altas entre dispositivos, que pueden rondar aproximadamente entre 2 y 5 veces más que el modo bidireccional .
Al alejarse los dispositivos aun más, se entra en un tercer modo de comunicación "no data", caracterizado porque los dispositivos se encuentran tan alejados que la comunicación de datos entre si no es posible. Por tanto, en este modo, el dispositivo portador está configurado para entrar por defecto en el modo radio-tracking, y enviar una señal pulsante que permita al dispositivo consola estimar la dirección y distancia del portador, a unas distancias altísimas entre dispositivos, que pueden rondar aproximadamente entre 2 a 50 veces más que los otros dos modos de operación. Estos tres modos de comunicación se pueden apreciar en la FIG. 11, que muestra las tres zonas de cobertura según la sensibilidad en recepción de los dispositivos. Esta representación muestra un dispositivo portador 120 acercándose al dispositivo consola 110 en la dirección mostrada por la flecha rota. En la posición inicial, ambos dispositivos están tan lejos que no hay ningún tipo de comunicación entre ellos. Al acercarse, el portador 120 entrará en la primera zona de sensibilidad del dispositivo consola, representada por la cruz en la posición 1101. En esta zona se establece el segundo modo de operación "radio- tracking" y el tercer modo de comunicación "no data" , que permite a la consola obtener una primera indicación de la dirección aproximada en la que se encuentra el portador. Esto a su vez permite al usuario empezar a aproximarse hacia el portador .
A medida que se acercan ambos dispositivos, el portador 120 se encontrará en el radio de sensibilidad representada por la cruz 1102. En esta zona se establecerá el primer modo de operación "posicionamiento" y el segundo modo de comunicación "unidireccional", permitiendo que la consola reciba las coordenadas geográficas del portador además de la señal de pulsos radio-rastreo. Por tanto se puede determinar con exactitud la posición del portador.
Una de las grandes ventajas de la invención se puede apreciar en la frontera entre estas dos zonas. Si el portador se volviera a alejar, y entrara en la zona 1101, un sistema del estado de la técnica perdería por completo al blanco. En cambio, el sistema objeto de la invención mantiene un "mareaje" permitiendo un seguimiento aproximado incluso en estas circunstancias por medio de la conmutación del primer modo de operación "posicionamiento" al segundo modo de operación "radio-tracking" . Es de destacar que el aumento en el radio de acción de la zona 1102 al 1101 equivale a un aumento por un factor de 4 en el área de acción cubierta y monitorizada.
A la vez, cuando el portador se acerca y se vuelve a encontrar dentro del radio de acción de la zona 1102, se puede obtener con exactitud la posición del portador, y por tanto ofrecer al usuario con exactitud una indicación gráfica de la dirección a seguir y la distancia que hay entre ambos dispositivos por medio de la conmutación del segundo modo de operación "radio-tracking" al primer modo de operación "posicionamiento" . Los sistemas de radio-rastreo del estado de la técnica no pueden ofrecer esta exactitud en el posicionamiento del blanco.
Las FIG. 12 y FIG. 13 muestran la representación gráfica en pantalla que visualiza el usuario de la consola, y como, en función de los cambios de modo, los datos y gráficos cambian en consecuencia. La FIG. 12 muestra la representación en el modo de operación "radio-tracking" , y los cambios según la intensidad de la señal recibida y la cobertura vía satélite, o equivalentemente, las zonas de sensibilidad. La FIG. 13 muestra similares cambios, pero una vez dentro de las zonas de comunicación "unidireccional" y "bidireccional" . Finalmente, y siguiendo con la explicación de la FIG. 11, al acercarse incluso más, el portador se encontrará en la zona 1103, y se establece el primer modo de comunicación "bidireccional" mientras se mantiene el primer modo de operación "posicionamiento" , que permite la configuración del dispositivo portador por parte de la consola. Con esta configuración dinámica se obtienen grandes beneficios en términos de ahorro de tiempo de búsqueda y localización, ahorro de molestias para los usuarios, e incremento en la autonomía de los dispositivos, tal como descritos anteriormente.
Los cambios entre modos de comunicación se aplican por medio de parámetros por defecto programados en cada dispositivo, o cuando las condiciones lo permitan, por medio de tele-comandos emitidos por la consola de forma automática o manualmente por el usuario. En cualquier momento de operación, cuando los dispositivos estén en marcha, se encontrarán en algún modo de operación y algún modo de comunicación, según la calidad del vínculo entre el dispositivo y algún satélite GPS, y la calidad del vínculo entre la consola y al menos un dispositivo portador.
El modo de operación y el modo de comunicación en la que se encuentre tanto el dispositivo portador o la consola se puede representar por la pantalla de la consola, junto con otros datos de interés para el usuario, como por ejemplo, una representación de la intensidad de la señal, de la cobertura GPS, la información posicional del portador junto con la frecuencia asignada de comunicación, la velocidad de transmisión, la velocidad de movimiento del dispositivo, indicador del estado del módulo GPS, contador de mensajes de telemetría, el tiempo transcurrido desde la última actualización, la intensidad de los pulsos de energía, la dirección y la distancia a seguir para poder rastrear y encontrar al portador, un indicador de tensión de batería, la antena seleccionada, si es interna o externa, y otros datos telemétricos, como parámetros de operación del dispositivo portador, o de sensores acoplados a éste.
También se puede proveer un indicador de la precisión en el cálculo de la dirección y distancia. Esta indicación se puede basar sobre si en un momento dado sólo se usan los pulsos de energía para estimar estos valores, o la recepción de datos posicionales del dispositivo portador, y/o además el sensor magnético, y/o adicionalmente con el acelerómetro . Sobre este parámetro se puede decidir si conmutar entre modos de operación o no. El tiempo transcurrido desde la última actualización también sirve este propósito, por si trascurre demasiado tiempo en alguna zona de poca cobertura vía satélite, conmutar al modo "radio-tracking" . Opcionalmente se puede definir un umbral de distancia en la cual la consola envía un comando para encender una luz en el dispositivo portador, o que éste emita una señal sonora, facilitando su localización cuando se encuentre cerca del usuario. De manera más general, la consola está también adaptada para tener registrada una pluralidad de dispositivos portador, permitiendo la búsqueda y rastreo de un grupo de portadores . Mientras en algún punto se hayan registrado todos los portadores objeto de la búsqueda, posteriormente se pueden seleccionar individualmente para localizar al portador en cuestión. Esta realización se puede apreciar en la FIG. 14. Opcionalmente se puede hacer una selección en grupo, con lo cual la consola está adaptada a presentar cíclicamente en pantalla los parámetros de interés, previamente definidos por el usuario para cada portador en un formato mapa.
En este modo de funcionamiento la consola estaría configurada para pedir la última actualización de la información de posición a cada uno de los portadores momentos antes de su visualización en pantalla, para poder así proveer al usuario la información en tiempo real . Esta característica tiene su ventaja para portadores móviles, que entre una visualización y otra podrían variar su posicionamiento de manera considerable.
En otro ejemplo de realización puede haber más de un usuario cooperando en la búsqueda del mismo portador, o en la búsqueda de un portador distinto que se tiene constancia forma parte de una manada y por tanto acompaña al portador, con el dispositivo acoplado, en sus movimientos. En este tipo de entornos los números de identificación de uno o más portadores se pueden compartir, por medio de un intercambio de datos directamente entre consolas . Los distintos módulos lógicos, bloques, y circuitos descritos en relación con los ejemplos y realizaciones se pueden implementar con un procesador de aplicación general, un procesador de señales digitales, DSP, un application specific integrated circuit, ASIC, un field programable gate array, FPGA, u otro dispositivo programable, o una combinación de al menos dos de ellos.
Los métodos y algoritmos descritos pueden formar parte de realizaciones implementadas directamente en hardware, en un módulo software ejecutado por un procesador, o una combinación de ambos. En particular, los módulos de comunicación de datos se pueden implementar ya sea como un dispositivo electrónico, como un Software Definable Radio, o transmisor-receptor de radio programable por software, o una combinación de ambos. El módulo software puede residir en una memoria RAM, memoria flash, memoria ROM, memoria EPROM, memoria EEPROM, registros, disco duro, disco extraíble, CD- ROM, DVD-ROM, o cualquier otro medio de almacenamiento conocido en el estado de la técnica.
El experto en la materia se puede dar cuenta que múltiples variaciones a las realizaciones descritas son posibles usando los conocimientos habituales en el campo en cuestión y las enseñanzas descritas. Por tanto distintos ejemplos y realizaciones descritas se pueden combinar por el experto en la materia sin alejarse del concepto de la invención.
Los ejemplos, realizaciones y dibujos no se han descrito de ninguna forma limitativa, sino para dar una explicación del concepto inventivo en su sentido más amplio en acuerdo con los principios y enseñanzas de las características novedosas descritas. Más bien, el concepto inventivo viene a definirse por las siguientes reivindicaciones .

Claims

REIVINDICACIONES
1. Método en un sistema de radio-rastreo para la localización y seguimiento de al menos un portador, el sistema comprendiendo al menos una consola usuario y al menos un dispositivo acoplado al portador, el método comprendiendo :
- transmisión por parte de al menos un portador de al menos una señal indicativa de su localización;
- recepción por parte de al menos una consola del al menos una señal ;
- determinación de la posición de la consola; y
- provisión de información al usuario de la consola permitiendo la localización y rastreo del portador en base a al menos la posición de la consola y el al menos una señal indicativa de la localización del portador .
2. Método según la reivindicación 1, donde la provisión de información al usuario comprende la provisión de al menos una de entre la posición en forma de coordenadas geográficas, la posición sobre un mapa, la dirección en forma de una flecha, la distancia, o una combinación de ellas.
3. Método según la reivindicación 2 , donde la señal transmitida por el al menos un portador comprende al menos un pulso de energía.
4. Método según la reivindicación 3, donde la señal transmitida por el al menos un portador comprende los datos de posición en los intervalos entre pulsos, y la determinación de datos de posición del dispositivo comprende la extracción de los datos de estos intervalos .
5. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo:
un primer modo de operación donde la provisión de información al usuario se hace en base a una determinación de la localización del portador usando al menos los datos de posición de la consola y el al menos un portador; y un segundo modo de operación donde la provisión de información al usuario se hace en base a una determinación de la localización del portador usando los datos del al menos un pulso de energía; permitiendo por tanto la búsqueda y el rastreo continuo e ininterrumpido.
6. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el al menos una consola transmite comandos de configuración a al menos un portador permitiendo la modificación de una pluralidad de parámetros, entre los cuales están la potencia de transmisión de la señal de pulsos o la señal de datos, la amplitud y duración del al menos un pulso, el intervalo entre al menos dos pulsos, o la frecuencia o velocidad de transmisión de datos, o el cambio de modos de operación i de comunicación.
7. Método según la reivindicación 6, donde la autonomía de los dispositivos se puede gestionar en base a la configuración de parámetros permitiendo minimizar la energía consumida y por tanto maximizar la vida del dispositivo.
8. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo adicionalmente un tercer modo de operación donde la funcionalidad de determinación de la posición esta desactivada en ambos dispositivos, y la provisión de información al usuario se hace en base a una determinación de la localización del portador dentro de un radio máximo usando los datos de un tren de pulsos de energía emitidas con periodicidad y potencia de emisión baja.
9. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo, dependiendo de la intensidad de la señal recibida por el dispositivo consola:
un primer modo de comunicación bidireccional que permite la recepción de datos emitidos por al menos un dispositivo portador por la consola, y la transmisión de datos de configuración al dispositivo portador; y un segundo modo de comunicación unidireccional que permite la recepción de datos por parte de la consola.
10. Dispositivo de radio-rastreo para la localización y seguimiento de un portador del dispositivo, caracterizado por:
- al menos un transmisor de pulsos de energía por radio frecuencia;
- al menos un módulo de comunicación de datos; - al menos un módulo de posicionamiento; y
- al menos un controlador; y en que el dispositivo portador está configurado para proveer información sobre su localización permitiendo su búsqueda y rastreo.
11. Dispositivo consola de radio-rastreo para la localización y seguimiento de al menos un portador por al menos un usuario, caracterizado por:
- al menos un receptor de pulsos de energía por radio frecuencia;
- al menos un módulo de comunicación de datos;
- al menos un módulo de posicionamiento; y
- al menos un controlador;
y en que el dispositivo consola está configurado para proveer información sobre la localización del al menos un portador al usuario permitiendo su búsqueda y rastreo.
12. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 10 o 11, donde el al menos un módulo de posicionamiento comprende un módulo de determinación de las coordenadas geográficas del dispositivo basado en un protocolo de comunicación vía satélite.
13. Dispositivo según la reivindicación 12, donde el al menos un módulo de posicionamiento comprende al menos un sensor magnético y/o al menos un acelerómetro.
14. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13 donde el al menos un módulo de comunicación de datos comprende al menos un transceptor, y el al menos un controlador está adaptado para permitir la transmisión o recepción de datos del módulo de comunicación de datos en los intervalos entre pulsos recibida por el receptor de pulsos .
15. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, donde el al menos un receptor de pulsos está adaptado para extraer al menos un parámetro del al menos un pulso, entre los cuales está la intensidad, o duración, o fase, o el intervalo entre al menos dos pulsos.
16. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 15, donde el al menos un controlador está adaptado para determinar la posición, la dirección y la distancia en la que se encuentra el portador en base a los datos recibidos por el módulo de comunicación de datos, o el cálculo de posición geográfica de la consola, o los parámetros extraídos de los pulsos recibidos, o una combinación de éstos.
17. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 16, adaptado para transmitir comandos de configuración permitiendo la modificación de una pluralidad de parámetros, entre los cuales están la potencia de transmisión de la señal de pulsos o la señal de datos, la amplitud y duración del al menos un pulso, el intervalo entre al menos dos pulsos, o la frecuencia o velocidad de transmisión de datos.
18. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 17, que comprende al menos un transductor de pulsos de energía, al menos una pantalla y teclado, y en que el controlador está adaptado para proveer información a una pantalla de la posición, dirección y la distancia en la que se encuentra el portador.
19. Sistema de radio-rastreo para la localización y seguimiento de al menos un portador, el sistema comprendiendo por lo menos un dispositivo portador según cualquiera de las reivindicaciones 10 y 12 a 14, y por lo menos un dispositivo consola según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 18.
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