Sistema y procedimiento para atenuación del efecto de trayectos múltiples por medio de señales de posicionamiento en grupo.

Un método para la atenuación de interferencia del efecto de trayectos múltiples en una medición de alcance en un sistema de posicionamiento,

cuyo procedimiento comprende:

transmitir una pluralidad de señales de posicionamiento únicas, sincronizadas, (207, 208, 209, 210) procedentes de un o más elementos de antena de transmisión (202, 203, 204, 205) en lugares conocidos, en el que cada una de las citadas señales de posicionamiento (207, 208, 209, 210) contiene datos de navegación que identifican la situación del respectivo elemento de antena de transmisión (202, 203, 204, 205); y

recibir dicha pluralidad de señales de posicionamiento únicas, sincronizadas, (207, 208, 209, 210) en un receptor de observación (211);

caracterizado por que

dicha pluralidad de señales de posicionamiento únicas, sincronizadas, (207, 208, 209, 210) forman uno o más grupos de transmisión (206) que proporcionan diversidad de enlaces de radio, comprendiendo cada grupo (206) una pluralidad de señales de posicionamiento únicas, sincronizadas, que son transmitidas desde un grupo de uno o más elementos de antena de transmisión (202, 203, 204, 205);

se determina, en base a dichos datos de navegación, cuales de dicha pluralidad de señales de posicionamiento únicas, sincronizadas, (207, 208, 209, 210), están asociadas con cada grupo de transmisión particular (206); y se interpretan las señales dentro de cada grupo de transmisión para calcular mediciones óptimas de alcance entre el citado receptor de observación (211) y dichos elementos de antena de transmisión (202, 203, 204, 205).

Sistema y procedimiento para atenuación del efecto de trayectos múltiples por medio de señales de poslcionamiento en grupo

Sector de la invención

La presente Invención se refiere de manera general a sistemas y procedimientos para generar determinaciones precisas de posición en ambientes de radiofrecuencia reflectantes. En particular, la presente invención se aplica a sistemas de determinación de posición que reciben e interpretan señales de posición procedentes sustancialmente de la misma localización, para atenuar los efectos perjudiciales de la multiplicidad de trayectos. La presente invención tiene aplicación específica pero no exclusiva en tecnologías de posicionamiento en las que es esencial 10 una información precisa de alcance libre de perturbaciones del efecto de trayectos múltiples para un posicionamiento preciso.

Antecedentes de la invención

Los efectos de trayectos múltiples ("multipath") es un problema presente en todo momento en las comunicaciones de RF y en los sistemas de posicionamiento. Provoca intensidades degradadas de la señal y bajas anchuras de banda 15 de datos para los sistemas de comunicación, asi como mediciones inexactas de alcance para los sistemas de posicionamiento. En particular, el efecto de trayectos múltiples en entornos interiores es muy grave, siendo reflejadas las señales por la mayor parte de objetos, incluyendo paredes, techos, suelos, muebles y personas.

Se han desarrollado una serie de distintos métodos para atenuar los efectos de trayectos múltiples en sistemas de comunicación. Incluyen diversidad espacial, de frecuencias y de polarización. Estos métodos tradicionales están 20 diseñados para minimizar la cancelación de señal provocada por las señales directas y las señales reflejadas, que interaccionan de forma destructiva. Estos sistemas de la técnica anterior se caracterizan por:

(a) disponer de una serie de elementos de antena de recepción distribuidos espacialmente (diversidad espacial) , que están configurados con medios de control para seleccionar de manera continua el elemento de antena con la mayor intensidad de señal, o (b) disponer de una serie de elementos de antena de recepción que tienen polarización 25 única (diversidad de polarización), que están configurados con medios de control apara seleccionar de manera continuada el elemento de antena con la mayor Intensidad de señal, o (c) disponer de un elemento de antena de recepción único configurado para recibir una serie de frecuencias que transmiten idéntica información (diversidad de frecuencia) y configurar medios de control para seleccionar de manera continua la frecuencia con la mayor intensidad de señal. El elemento de antena o frecuencia con la mayor intensidad de señal que se ha recibido es 30 utilizado a continuación para desmodular los datos de comunicaciones. Estos sistemas de diversidad de la técnica anterior no discriminan de modo alguno entre señales directas y reflejadas. Una fuerte señal reflejada con buena intensidad de señal será aceptada con referencia a una señal directa más débil. No obstante, para sistemas de posicionamiento que funcionen correctamente es vital que se mida la señal con trayecto directo, incluso aunque pueda no ser necesariamente la señal que presente la mayor intensidad de señal recibida. Por lo tanto, los métodos 35 de diversidad tradicionales, basados en comunicaciones, de la técnica anterior, no son adecuados para la atenuación del efecto de trayectos múltiples en los sistemas de posicionamiento.

Los métodos de atenuación del efecto de trayectos múltiples tradicionales para sistemas de posicionamiento se clasifican en cinco amplias categorías que se indican a continuación:

(1) técnicas de modulación mejoradas;

(2) técnicas de correlación de receptor mejoradas;

(3) antenas limitadoras del efecto de trayectos múltiples;

(4) soluciones de posición super-determinada; y

(5) Control de la Integridad Autónoma del Receptor ("Receiver Autonomous Integrity Monitoring") (RAIM).

1) Las técnicas de modulación mejoradas para atenuación del efecto de trayectos múltiples se refieren en general a 45 proporciones de fraccionamiento ("chipping") aumentadas de códigos de números pseudo aleatorios (PRN) de

Acceso Múltiple con División de Código (CDMA). Al aumentar las proporciones de fraccionamiento, la correlación del efecto de trayectos múltiples disminuye. No obstante, la utilización del espectro de RF, el consumo de potencia del receptor y la complejidad del receptor aumentan asimismo.

2) Las técnicas de correlación de receptor mejoradas consiguen atenuación del efecto de trayectos múltiples en los 50 correlacionadores de receptor al hacer la función de seguimiento de autocorrelación más resistente a las

alteraciones del efecto de trayectos múltiples. Una de las técnicas más destacadas en esta categoría es la llamada de correlacionador estrecho ("narrow correlator"), mediante la cual los brazos de seguimiento anteriores y posteriores del correlacionador son reducidos con respecto a la separación convencional de medio chip a una separación de un décimo de chip. Esta separación más estrecha se encuentra libre del efecto de trayectos múltiples

con largo retardo, siendo, no obstante, todavía susceptible del efecto de trayectos múltiples de retardo corto. La técnica del correlaclonador estrecho requiere también una anchura de banda ampliada del receptor para mejorar la definición de la función de autocorrelaclón, que aumenta el consumo de potencia y la complejidad del receptor.

3) Las antenas limitadoras del efecto de trayectos múltiples conforman la pauta de ganancia de recepción y/o transmisión de la antena para reducir la Intensidad de señales reflejadas, descentradas. La forma más habitual de esta antena es la llamada antena de anillo estrangulador ("choke ring"), utilizada en general en aplicaciones de GPS para atenuar las reflexiones del suelo. Los métodos de antena de limitación del efecto de trayectos múltiples orientan el la pauta o modelo del haz de la antena en una dirección y, de esta manera, tienen aplicación limitada en entornos con elevado efecto de trayectos múltiples, tales como ocurre en interiores, en los que las señales se reflejan desde muchas direcciones.

Por el documento WO 98/14018 A1, se conoce un sistema de posicionamiento en el que varias estaciones de base en localizaciones fijas emiten señales que son recibidas por una estación móvil que determina su posición basándose en retardos de tiempo de las señales que indican la distancia entre la estación de base y la estación móvil. La estación móvil distingue señales que no se encuentran en la línea de visión, es decir, que la han alcanzado mediante un trayecto Indirecto, con respecto a señales según la línea de visión por determinación de grado de regularidad o suavidad de la distancia medida como función del tiempo y corrige la distancia medida si es posible. El sistema se ocupa de una señal única procedente de una determinada estación de base en cada caso y no Intenta seleccionar una señal directa y eliminar señales indirectas distorsionadas por el efecto de trayectos múltiples, procedentes de una fuente única.

El documento US 6.421.000 B1 da a conocer un receptor para GPS u otros sistemas similares de posicionamiento basados en satélites, en el que un conjunto de antena de elementos múltiples es utilizado para detectar y suprimir señales del efecto de trayectos múltiples basándose en sus ángulos de llegada. Un sistema de este tipo no es adecuado para sistemas de posicionamiento terrestre en los que el ángulo de llegada no puede ser normalmente utilizado para distinguir entre señales del efecto de trayectos múltiples y señales directas.

4) Las soluciones de posicionamiento super-determinado utilizan más transmisores de los requeridos para formar una solución de posición. Esto mejora la exactitud de posición al disminuir la significación de señales de posicionamiento alteradas por el efecto de trayectos múltiples en la solución de la posición. Una ventaja adicional es la geometría mejorada proporcionada por un número mayor de transmisores geométricamente diversos. No obstante, para que este método sea efectivo, la mayor parte de señales de posicionamiento no deben sufrir alteraciones en ningún momento dado. Este no es generalmente el caso en entornos con elevado efecto de trayectos múltiples.

5) El Control de la Integridad Autónoma del Receptor (RAIM: "Receiver Autonomous Integrity Monitoring") es un algoritmo utilizado por receptores de posición a comprobar la Integridad de las señales de posición recibidas y, por lo tanto, eliminar mediciones espúreas de las soluciones de... [Seguir leyendo]

1. Un método para la atenuación de interferencia del efecto de trayectos múltiples en una medición de alcance en un sistema de posiclonamlento, cuyo procedimiento comprende:

transmitir una pluralidad de señales de posicionamiento únicas, sincronizadas, (207, 208, 209, 210) procedentes de un o más elementos de antena de transmisión (202, 203, 204, 205) en lugares conocidos, en el que cada una de las citadas señales de posiclonamlento (207, 208, 209, 210) contiene datos de navegación que identifican la situación del respectivo elemento de antena de transmisión (202, 203, 204, 205); y

recibir dicha pluralidad de señales de posicionamiento únicas, sincronizadas, (207, 208, 209, 210) en un receptor

de observación (211);

caracterizado por que

dicha pluralidad de señales de posicionamiento únicas, sincronizadas, (207, 208, 209, 210) forman uno o más grupos de transmisión (206) que proporcionan diversidad de enlaces de radio, comprendiendo cada grupo (206) una pluralidad de señales de posicionamiento únicas, sincronizadas, que son transmitidas desde un grupo de uno o más elementos de antena de transmisión (202, 203, 204, 205);

se determina, en base a dichos datos de navegación, cuales de dicha pluralidad de señales de posicionamiento únicas, sincronizadas, (207, 208, 209, 210), están asociadas con cada grupo de transmisión particular (206); y

se interpretan las señales dentro de cada grupo de transmisión para calcular mediciones óptimas de alcance entre el citado receptor de observación (211) y dichos elementos de antena de transmisión (202, 203, 204, 205).

2. Un método para la atenuación de interferencia del efecto de trayectos múltiples en una medición de alcance en un sistema de posicionamiento, cuyo procedimiento comprende:

transmitir una o más señales de posicionamiento únicas, sincronizadas, (409, 410, 411, 412) procedentes de uno o más elementos de antena de transmisión (405, 406, 407, 408) en lugares conocidos, en el que cada una de dichas señales de posicionamiento (409, 410, 411, 412) contiene datos de navegación que Identifican la situación del respectivo elemento de antena de transmisión (405, 406, 407, 408); y

recibir cada una de dichas una o más de señales de posicionamiento únicas, sincronizadas, (409, 410, 411, 412), en un receptor de observación (422);

caracterizado por que

cada una de dichas una o más señales de posicionamiento únicas, sincronizadas, (409, 410, 411, 412), es recibida a través de una pluralidad de elementos de antena de recepción (414, 415, 416, 417) del receptor de observación (422) situados en estrecha proximidad entre sí, para proporcionar un grupo receptor (413) con diversidad de enlaces de radio, siendo cada uno de los elementos de antena de recepción (414, 415, 416, 417) conectado aun trayecto receptor separado (418, 419, 420, 421) dentro de dicho receptor de observación (422); e

interpretar las señales de cada grupo receptor en dicho receptor de observación (422) para calcular mediciones de alcance óptimas entre dichos elementos de antena de recepción (414, 415, 416, 417) y dichos uno o más elementos de de antena de transmisión (405, 406, 407, 408).

3. Un método según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que la citada Interpretación de señales comprende determinar la degradación de coherencia de la señal de posicionamiento debida a la citada diversidad de enlaces de radio, para eliminar enlaces alterados por el efecto de trayectos múltiples de dichas mediciones de alcance.

4. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que dicha interpretación de señales comprende la determinación de estimaciones de correlación óptima de cada grupo de transmisión o recepción.

5. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que dicha interpretación de señales comprende la determinación de mediciones de alcance promedio de cada grupo de transmisión o recepción.

6. Un método según la reivindicación 1,, caracterizado por que cada uno de dichos grupos de transmisión (206) comprende una pluralidad de señales de posicionamiento (207, 208, 209, 210) transmitidas desde una pluralidad de elementos de antena de transmisión (202, 203, 204, 205) situados muy próximos entre si para proporcionar diversidad espacial.

7. Un método según la reivindicación 1, caracterizado porque cada uno de dichos grupos de transmisión comprende una pluralidad de señales de posicionamiento transmitidas en una pluralidad similar de frecuencias desde un único elemento de antena de transmisión, para proporcionar diversidad de frecuencias.

8. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que dichas mediciones de alcance óptimas son suministradas a un algoritmo de posicionamiento para determinar una solución de posición para dicho receptor de observación.

9. Un método según la reivindicación 8, caracterizado por que dicho algoritmo de posicionamiento comprende un algoritmo de control de integridad autónomo del receptor o un filtro Kalman u otro algoritmo de posicionamiento de correlación óptima.

10. Sistema para llevara cabo el método de la reivindicación 1, comprendiendo dicho sistema:

uno o más elementos de antena de transmisión (202, 203, 204, 205) en lugares conocidos para transmitir una pluralidad de señales de posicionamiento únicas, sincronizadas, (207, 208, 209, 210), en el que cada una de dichas señales de posicionamiento (207, 208, 209, 210) contiene datos de navegación que identifican la situación del respectivo elemento de antena de transmisión (202, 203, 204, 205); y

un receptor de observación (211) para recibir dichas señales de posicionamiento únicas, sincronizadas, (207, 208,

209, 210);

caracterizado por que

dichas señales de posicionamiento únicas, sincronizadas, (207, 208, 209, 210) forman uno o más grupos de transmisión (206) que proporcionan diversidad de enlaces de radio, siendo cada grupo (206) transmitido desde un grupo de uno o más elementos de antena de transmisión (202, 203, 204, 205);

estando dicho receptor de observación (211) adaptado para determinar, basándose en los citados datos de navegación, qué señales de posicionamiento únicas (207, 208, 209, 210) están asociadas con cada grupo particular de transmisión (206); y

dicho receptor de observación (211) está adaptado para interpretar las señales dentro de cada grupo de transmisión para calcular mediciones de alcance óptimas entre dicho receptor de observación (211) y dichos elementos de antena de transmisión (202, 203, 204, 205).

11. Sistema para realizar el método de la reivindicación 2, comprendiendo dicho sistema:

uno o más elementos de antena de transmisión (405, 406, 407, 408) en lugares conocidos para transmitir una o más señales de posicionamiento únicas, sincronizadas, (409, 410, 411, 412), en el que cada una de dichas señales de posicionamiento (409, 410, 411, 412) contiene datos de navegación que identifican la situación del respectivo elemento de antena de transmisión (405, 406, 407, 408); y

un receptor de observación (422) para recibir dichas una o más señales de posicionamiento únicas, sincronizadas, (409, 410, 411, 412);

caracterizado por que

cada una de dichas una o más señales de posicionamiento únicas, sincronizadas, (409, 410, 411, 412), es recibida en el receptor de observación (422) a través de una pluralidad de elementos de antena de recepción (414, 415, 416, 417) situados muy próximos entre sí, para proporcionar un grupo de recepción (413) con diversidad de enlaces de radio, estando cada uno de los elementos de antena de recepción (414, 415, 416, 417) conectado a un trayecto receptor separado (418, 419, 420, 421) dentro del citado receptor de observación (422); y

dicho receptor de observación (422) está adaptado para interpretar las señales en cada grupo de recepción para calcular mediciones de alcance óptimas entre dichos elementos de antena de recepción (414, 415, 416, 417) y dichos uno o más elementos de antena de recepción (405, 406, 407, 408).

12. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 10 o la 11, caracterizado por que la interpretación de señales comprende la determinación de la degradación de coherencia de las señales de posicionamiento debido a la citada diversidad de enlaces de radio, para eliminar los enlaces alterados por el efecto de trayectos múltiples de dichas mediciones de alcance.

13. Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado por que la interpretación de señales comprende la determinación de estimaciones de correlación óptima de cada grupo de transmisión o recepción.

14. Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, caracterizado por que la interpretación de señales comprende la determinación de mediciones de alcance promedio de cada grupo transmisor o receptor.

15. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado por que cada uno de dichos grupos de transmisión (206) comprende una pluralidad de señales de posicionamiento (207, 208, 209, 210) transmitidas desde

un grupo de elementos de antena de transmisión (202, 203, 204, 205) situados muy próximos entre sí para proporcionar diversidad espacial.

16. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado por que cada uno de dichos grupos de transmisión comprende una pluralidad de señales de poslclonamlento transmitidas en una pluralidad similar de 5 frecuencias desde un elemento de antena de transmisión, para proporcionar diversidad de frecuencias.