Verificación de la validez de la información de posición de un vehículo.

Un procedimiento para validar datos recibidos de posición en aplicaciones de vigilancia de vehículos,

en el quelos vehículos transmiten datos de posición que indican su propia posición a vehículos circundantes (3, 5; 5'),comprendiendo el procedimiento las etapas de:

recibir (S1), con una disposición (21, 23) de antena radiogoniométrica de una unidad (3) de recepción, unaseñal (13; 13', 13") que transporta datos de posición que indican una posición supuesta (PADS-B(5); PADS-B(5'),PADS-B(15")) de un vehículo, transmitida desde una fuente (5; 5', 15") de radio;

estimar (S2) el azimut desde la unidad (3) de recepción hasta dicha fuente (5; 5', 15") de radio utilizandodicha disposición (21, 23) de antena radiogoniométrica y la señal recibida (13; 13', 13");

estimar (S3) la distancia entre la unidad (3) de recepción y la fuente (5; 5', 15") de radio con base en eltiempo de vuelo, TOF, de una señal que se propaga entre las mismas a una velocidad conocida;

calcular (S4) una posición estimada (PEST(5); PEST(5'), PEST(15")) de la fuente (5; 5', 15") de radio con base en elazimut estimado y en la distancia estimada, y

determinar (S5) un valor de desviación que indique la desviación/coincidencia entre la posición supuesta(PADS-B(5); PADS-B(5'), PADS-B(15")) de un vehículo según los datos recibidos de posición y la posición estimada(PEST(5); PEST(5'), PEST(15")) de la fuente (5; 5', 15") de radio,

caracterizado porque la señal (13; 13', 13") que transporta los datos de posición comprende, además,información del momento de transmisión que indica el instante en el que fue transmitida, y porque la etapade estimar el TOF comprende las etapas de establecer el instante en el que se transmitió la señal con baseen la información del momento de transmisión, y determinar el tiempo transcurrido entre la transmisión y larecepción de la señal.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E08158503.

Solicitante: SAAB AB.

Nacionalidad solicitante: Suecia.

Dirección: 581 88 LINKÖPING SUECIA.

Inventor/es: PERSSON,ANDREAS, ANDERSSON,SVANTE.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G01S13/76 FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01S LOCALIZACION DE LA DIRECCION POR RADIO; RADIONAVEGACION; DETERMINACION DE LA DISTANCIA O DE LA VELOCIDAD MEDIANTE EL USO DE ONDAS DE RADIO; LOCALIZACION O DETECCION DE PRESENCIA MEDIANTE EL USO DE LA REFLEXION O RERRADIACION DE ONDAS DE RADIO; DISPOSICIONES ANALOGAS QUE UTILIZAN OTRAS ONDAS.G01S 13/00 Sistemas que utilizan la reflexión o la rerradiación de ondas de radio, p. ej. sistemas de radar; Sistemas análogos que utilizan la reflexión o la rerradiación de ondas cuya naturaleza o longitud de onda sea irrelevante o no especificada. › en los que se transmiten señales de tipo pulso.
  • G01S13/93 G01S 13/00 […] › para anticolisión.
  • G01S5/00 G01S […] › Establecimiento de la posición mediante la coordinación de dos o más determinaciones de dirección o de líneas de posición; Establecimiento de la posición mediante la coordinación de dos o más determinaciones de distancia.
  • G08G5/00 G […] › G08 SEÑALIZACION.G08G SISTEMAS DE CONTROL DE TRÁFICO (control de tráfico ferroviario, seguridad del tráfico ferroviario B61L; sistemas de radar o sistemas análogos, sistemas sonar o sistemas lidar especialmente adaptados para el control del tráfico G01S 13/91, G01S 15/88, G01S 17/88; sistemas de radar o sistemas análogos, sistemas sonar o sistemas lidar especialmente adaptados para anticolisión G01S 13/93, G01S 15/93, G01S 17/93; control de posición, rumbo, altitud o actitud de vehículos terrestres, de agua, el aire o el espacio, no es específico para un entorno de tráfico G05D 1/00). › Sistemas del control del tráfico aéreo.
  • G08G5/04 G08G […] › G08G 5/00 Sistemas del control del tráfico aéreo. › Sistemas anticolisión.

PDF original: ES-2400310_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Verificación de la validez de la información de posición de un vehículo

Campo técnico

La presente invención versa acerca del campo de la vigilancia de tráfico y, más en particular, acerca de un procedimiento para verificar datos de posición que indican presuntamente la posición de un vehículo.

Técnica antecedente Vigilancia de tráfico y gestión de tráfico En la actualidad, la vigilancia del tráfico aéreo está gestionada por sistemas de control de tráfico aéreo (ATC) utilizando radares primarios y secundarios. Los sistemas de ATC en desarrollo en la actualidad utilizan técnicas distintas o complementarias en la vigilancia del tráfico aéreo. Un sistema tal es el denominado radiodifusión de vigilancia dependiente automática (ADS-B) que se espera que, a la larga, sustituya progresivamente los sistemas actuales como una fuente de información de ATC.

La idea básica del sistema de ADS-B es que todas las aeronaves radiodifundan su propio vector de estado, que comprende información de posición y de estado, a todas las aeronaves y a las estaciones terrestres cercanas. Por lo tanto, cada aeronave tiene una imagen completa del tráfico circundante y el tráfico cercano a una estación terrestre puede ser monitorizado en tierra.

El enlace de datos instalado en un avión (transpondedor) , que permite la funcionalidad concebida, es central para el concepto de ADS-B. En la actualidad existen tres tipos distintos de enlaces de datos que están siendo considerados: Modo S ES, Modo 4 VDL y UAT.

El Modo S ES es una extensión del sistema convencional de radar secundario de vigilancia en Modo S. El Modo 4 VDL es un estándar recién desarrollado para un transpondedor de enlace de datos compatible con los requerimientos de ADS-B. Solo se considera UAT para la aviación general en los EE. UU.

Evitación de colisiones y provisión de separación En la actualidad, la evitación de colisiones y la provisión de separación están mecanizadas por los controladores de tráfico aéreo, los pilotos o el sistema TCAS. La característica básica en el sistema TCAS es el uso de transpondedores y antenas. Una explicación muy simplificada del sistema TCAS es que envía una solicitud desde el transpondedor. Si hay otra aeronave en el entorno, se devuelve una respuesta al sistema TCAS que entonces conoce la distancia hasta la otra aeronave (al medir el tiempo desde la solicitud hasta la respuesta recibida) y típicamente también en qué dirección está ubicada la otra aeronave (al utilizar una antena direccional) . Entonces, el sistema TCAS utiliza esta información para emitir avisos y maniobras sugeridas de resolución si se determina que son necesarios.

Una desventaja de los sistemas TCAS actuales son las incertidumbres en la posición relativa determinada (especialmente a grandes distancias) debidas a las incertidumbres en las antenas direccionales y las distancias estimadas hasta las aeronaves circundantes. Estas incertidumbres pueden tener como resultado avisos molestos procedentes del sistema. Por lo tanto, los sistemas TCAS actuales no son considerados candidatos adecuados para futuros sistemas anticolisión y/o de provisión de separación.

El documento US 7 116 266 da a conocer un sistema TCAS capaz de llevar a cabo una verificación de integridad de la posición declarada por otra aeronave. La verificación de integridad comprende las etapas de interrogar a un transpondedor de aeronave a bordo de la otra aeronave que incluye una solicitud de datos mejorados de vigilancia que incluyen la posición de la segunda aeronave, recibir una respuesta a la solicitud de interrogación, calcular la posición de la segunda aeronave con base en el azimut y el tiempo de respuesta del mensaje, comparar la posición calculada con la posición recibida, y determinar la integridad de la posición recibida.

El sistema de ADS-B y su posibilidad de proporcionar automáticamente a cada aeronave información relacionada con el tráfico circundante desarrollan la funcionalidad, tal como una provisión de separación y una evitación de colisiones automáticas o semiautomáticas. Estas funciones son particularmente importantes en un control del vuelo de vehículos aéreos no tripulados (UAV) pero también pueden ser importantes como una característica preventiva en aeronaves pilotadas.

Considerando los defectos conocidos del TCAS, la ADS-B parece un candidato muy adecuado para futuros sistemas para la evitación de colisiones y la provisión de separación utilizando combinaciones de sensores tales como, por ejemplo, cámaras, radar y transpondedores de ADS-B. A veces, los sistemas de vigilancia de aeronaves instalados en aeronaves para la evitación de colisiones y la provisión de separación son denominados sistemas de detección y evitación.

Por desgracia, los actuales sistemas de ADS-B adolecen de una desventaja. Se tiene que confiar en que la información de posición recibida procedente de tráfico aéreo circundante es correcta. Esto es tanto un problema de protección como de seguridad, de protección en el sentido de que si el sistema transmisor emite una posición errónea puede provocar una situación peligrosa, y de seguridad en el sentido de que el sistema llega a ser propenso a un uso malicioso al emitir informes de posición falsificados.

Por ejemplo, si un mensaje de ADS-B indica una posición errónea de la aeronave desde la que es transmitido, las decisiones tomadas con base en ese mensaje de ADS-B pueden tener consecuencias devastadoras. Un operario de un sistema de ATC basado en datos de ADS-B o un piloto/piloto automático de una aeronave que utiliza un sistema de vigilancia de aeronaves basado en ADS-B puede ser engañado para dar instrucciones/controlar una aeronave hacia la aeronave, en vez de a alejarse de la misma, que transmite el mensaje erróneo de ADS-B.

Resumen Un objeto de la presente invención es proporcionar un sistema de vigilancia de vehículos que sea menos propenso a errores y menos sensible a un uso malicioso.

Se consigue este objeto por medio de un procedimiento para validar datos de posición en aplicaciones de vigilancia de vehículos en el que los vehículos transmiten datos de posición que indican su propia posición a los vehículos circundantes, tal como una aplicación de vigilancia de aeronaves basada en ADS-B. El procedimiento implica las etapas de:

recibir, con una disposición de antena radiogoniométrica de una unidad de recepción, una señal que transporta datos de posición que indican una posición supuesta de un vehículo, transmitida desde una fuente de radio;

estimar el azimut desde la unidad de recepción hasta dicha fuente de radio utilizando dicha disposición de antena radiogoniométrica y la señal recibida;

estimar la distancia entre la unidad de recepción y la fuente de radio con base en el tiempo de vuelo de una señal que se propaga entre las mismas a una velocidad conocida;

calcular una posición estimada de la fuente de radio con base en el azimut estimado y la distancia estimada, y

determinar un valor de desviación que indica la desviación/coincidencia entre la posición supuesta de un vehículo según los datos recibidos de posición y la posición estimada de la fuente de radio,

caracterizado porque la señal que transporta los datos de posición comprenden, además, información del momento de transmisión que indica el instante en el que fue transmitida, y porque la etapa de estimar el TOF comprende las etapas de establecer el instante en el que la señal fue transmitida con base en la información del momento de transmisión, y determinar el tiempo transcurrido entre la transmisión y la recepción de la señal.

Al estimar el azimut y la distancia hasta una fuente de radio que transmite datos de posición relacionados con una posición supuesta de un vehículo, y al calcular una posición estimada de dicha fuente de radio con base en el azimut y en la distancia estimados, el anterior procedimiento proporciona una forma para determinar si la fuente de radio está ubicada realmente en la posición dada por los datos de posición que transmite.

Dado que se utiliza el procedimiento en un sistema de comunicación automática de vigilancia de vehículos, lo que significa que cada vehículo transmite datos de posición que indican su propia posición, una desigualdad entre la posición supuesta de un vehículo según los datos recibidos y la posición estimada de la fuente de radio indica que algo no está bien y que no puede confiarse de forma indiscriminada en los datos recibidos de posición.

Por lo tanto, se puede utilizar el valor determinado de desviación como un indicador de la fiabilidad de los datos recibidos de posición.

La etapa de estimar... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un procedimiento para validar datos recibidos de posición en aplicaciones de vigilancia de vehículos, en el que los vehículos transmiten datos de posición que indican su propia posición a vehículos circundantes (3, 5; 5’) , comprendiendo el procedimiento las etapas de:

recibir (S1) , con una disposición (21, 23) de antena radiogoniométrica de una unidad (3) de recepción, una señal (13; 13’, 13”) que transporta datos de posición que indican una posición supuesta (PADS-B (5) ;PADS-B (5’) , PADS-B (15”) ) de un vehículo, transmitida desde una fuente (5; 5’, 15”) de radio; estimar (S2) el azimut desde la unidad (3) de recepción hasta dicha fuente (5; 5’, 15”) de radio utilizando dicha disposición (21, 23) de antena radiogoniométrica y la señal recibida (13; 13’, 13”) ;

estimar (S3) la distancia entre la unidad (3) de recepción y la fuente (5; 5’, 15”) de radio con base en el tiempo de vuelo, TOF, de una señal que se propaga entre las mismas a una velocidad conocida; calcular (S4) una posición estimada (PEST (5) ;PEST (5’) , PEST (15”) ) de la fuente (5; 5’, 15”) de radio con base en el azimut estimado y en la distancia estimada, y determinar (S5) un valor de desviación que indique la desviación/coincidencia entre la posición supuesta (PADS-B (5) ;PADS-B (5’) , PADS-B (15”) ) de un vehículo según los datos recibidos de posición y la posición estimada (PEST (5) ;PEST (5’) , PEST (15”) ) de la fuente (5; 5’, 15”) de radio, caracterizado porque la señal (13; 13’, 13”) que transporta los datos de posición comprende, además, información del momento de transmisión que indica el instante en el que fue transmitida, y porque la etapa de estimar el TOF comprende las etapas de establecer el instante en el que se transmitió la señal con base en la información del momento de transmisión, y determinar el tiempo transcurrido entre la transmisión y la recepción de la señal.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que se utiliza dicho valor de desviación como un indicador de la fiabilidad de los datos recibidos de posición.

3. Un procedimiento según la reivindicación 1 o 2, en el que dicha información del momento de transmisión indica 25 una de una pluralidad de ocasiones dentro de una trama en la que se transmitió dicha señal (13; 13’, 13”) .

4. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que dicha señal (13; 13’, 13”) es un mensaje (13; 13’, 13”) de ADS-B que se atiene al formato de UAT.

5. Un procedimiento según la reivindicación 4, en el que dicha información del momento de transmisión es una

Ocasión de Comienzo del Mensaje, MSO, que indica el momento de transmisión preciso del mensaje de ADS30 B que se atiene al formato de UAT.

6. Un sistema (17) de vigilancia de vehículos para aplicaciones de vigilancia de vehículos, en el que los vehículos (3, 5; 5’) transmiten datos de posición que indican su propia posición a vehículos circundantes (3, 5; 5’) , que comprende:

medios (21, 23) de estimación del azimut adaptados para recibir una señal (13; 13’, 13”) que transporta datos de posición que indican una posición supuesta (PADS-B (5) ;PADS-B (5’) , PADS-B (15”) ) de un vehículo, transmitida desde una fuente (5; 5’; 15”) de radio, estando adaptados, además, dichos medios (21, 23) de estimación del azimut para estimar (S1) el azimut hasta dicha fuente (5; 5’, 15”) de radio utilizando dicha señal recibida (13; 13’, 13”) ; un medio (25) de estimación de la distancia para estimar (S2) la distancia hasta la fuente (5; 5’, 15”) de radio con base en el tiempo de vuelo, TOF, de una señal recibida desde la misma, señal que se propaga a una velocidad conocida; un medio (43) de cálculo adaptado para calcular (S4) una posición estimada (PEST (5) ;PEST (5’) , PEST (15”) ) de la fuente (5; 5’, 15”) de radio con base en el azimut estimado y en la distancia estimada, y un medio (45) de comparación adaptado para determinar (S5) un valor de desviación que indique la 45 desviación/coincidencia entre la posición supuesta (PADS-B (5) ;PADS-B (5’) , PADS-B (15”) ) de un vehículo según los datos recibidos de posición y la posición estimada (PEST (5) ;PEST (5’) , PEST (15”) ) de la fuente (5; 5, 15”) , de radio, caracterizado porque la señal (13; 13’, 13”) que transporta los datos de posición comprende, además, información del momento de transmisión que indica el instante en el que fue transmitida, y porque el medio (25) de estimación de la distancia está adaptado para estimar el TOF al establecer el instante en el que se 50 transmitió la señal con base en la información del momento de transmisión, y determinar el tiempo transcurrido entre la transmisión y la recepción de la señal.

7. Un sistema (17) de vigilancia de vehículos según la reivindicación 6, que comprende, además, un medio discriminante (47) conectado a un módulo (49) de información para informar a un usuario del sistema de tráfico de vehículos circundantes y/o a una unidad (51) de decisión y de maniobra para controlar un vehículo en el que 55 está incluido el sistema (17) , estando adaptado dicho medio discriminante (47) para desechar datos de posición que indican una posición supuesta (PADS-B (5) ;PADS-B (5’) , PADS-B (15”) ) de un vehículo que, según el valor de desviación determinado por el medio (45) de comparación, se desvía sustancialmente de la posición estimada (PEST (5) ;PEST (5’) , PEST (15”) ) de la fuente (5; 5’, 15”) desde la que se recibieron los datos de posición.

8. Un sistema (17) de vigilancia de vehículos según la reivindicación 6 o 7, en el que dicho medio (19) de estimación del azimut comprende al menos una antena direccional (21) para recibir las señales (13; 13’, 13”) que transportan los datos de posición y circuitería (23) del transceptor conectada a dicha antena direccional

(21) para estimar el azimut hasta las fuentes (5; 5’; 15”) de radio desde las que se reciben las señales (13; 13’, 5 13”) .

9. Un sistema (17) de vigilancia de vehículos según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en el que dicha señal (13; 13’, 13”) es un mensaje (13; 13’, 13”) de ADS-B.

10. Un sistema (17) de vigilancia de vehículos según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, en el que dicho

sistema (17) de vigilancia de vehículos está ubicado en una aeronave (3) y es utilizado en un sistema (17) de 10 vigilancia de aeronaves para aplicaciones de provisión de separación y/o de evitación de colisiones.

11. Un vehículo (3, 5; 3, 5’) , caracterizado porque comprende un sistema (17) de vigilancia de vehículos según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10.

12. Una estación terrestre (7) de control de tráfico aéreo [ATC] para la vigilancia del tráfico aéreo, caracterizada porque comprende un sistema (17) de vigilancia de vehículos según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10.


 

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