MÉTODO Y APARATO PARA ESTIMAR DESVIACIONES DE RELOJ, PARA SINCRONIZACIÓN VIRTUAL DE RELOJES DE FUNCIONAMIENTO LIBRE Y PARA DETERMINAR LA POSICIÓN DE UN OBJETO MÓVIL.

Método y aparato para estimar desviaciones de reloj, para sincronización virtual de relojes de funcionamiento libre y para determinar la posición de un objeto móvil. Las realizaciones de la invención se refieren a un método y un aparato para estimar desviaciones entre relojes de transmisor de funcionamiento libre y un reloj de referencia. En las realizaciones de la invención, las desviaciones estimadas se usan para sincronizar virtualmente transmisores usando los relojes de transmisor de funcionamiento libre. En las realizaciones de la invención, la desviación entre una pluralidad de relojes de transmisor de funcionamiento libre y el reloj de referencia se estima en un receptor estacionario, las desviaciones estimadas se envían a un objeto móvil, en las que el objeto móvil usa las desviaciones estimadas y señales de transmisor recibidas desde la pluralidad de relojes de transmisor de funcionamiento libre para determinar su posición. La sincronización es un elemento fundamental en cualquier sistema de posicionamiento preciso basado en mediciones de tiempo de llegada (TOA) o diferencia de tiempo de llegada (TDOA). Hay numerosas publicaciones sobre estrategias de sincronización para sistemas de navegación local. La mayoría de ellas se basan en una infraestructura fija y compleja o transmisores costosos e inteligentes, [1] y [2]. 15 Un sistema que comprende transmisores de funcionamiento libre de bajo coste que se sincronizan virtualmente por medio de una sola estación de referencia fija sería una solución preferible. Entonces, la estación de referencia distribuiría los parámetros de sincronización de manera inalámbrica a los elementos móviles (rovers). Obviamente, tal solución requiere que cualquier receptor en el sistema pueda modelar adecuadamente el comportamiento de los diferentes relojes de transmisor. La mayoría de los modelos de error de reloj publicados son particularmente adecuados para relojes precisos, estables y a largo plazo [3], [4], [5], [6].   Todos estos modelos identifican los tipos y determinan los parámetros de los componentes de ruido a partir de representaciones gráficas de la varianza de Allan o de las densidades espectrales de potencia por un método denominado identificación de ruido potencial que subdivide la representación gráfica en regiones de diferentes pendientes. Los parámetros extraídos de la varianza de Allan pueden usarse para configurar un proceso aleatorio que modela el comportamiento de reloj. Un inconveniente de este método es su aplicabilidad limitada: algunas de las componentes de ruido son difíciles de modelar por una función de transferencia racional. Además, todos los estudios mencionados se centran en las componentes de modulación de frecuencia (FM): FM blanca, FM de centelleo y FM de recorrido aleatorio. Cuando la estabilidad a corto plazo es de interés, es necesario tener en cuenta también las componentes moduladas en fase (PM): ruido de PM blanco y de centelleo, si está presente. En este caso, la identificación de ruido potencial leyendo simplemente los parámetros de ruido de la varianza de Allan conduce a funciones de transferencia no racionales. Un enfoque diferente para la identificación de ruido se basa en la función de autocorrelación del ruido de fase tal como se presenta en [7], que aquí se aplica a cualquier tipo de ruido. El documento US 2006/029009 A1 da a conocer un sistema para medir la distancia entre nodos en una red de comunicaciones inalámbricas con una transferencia de datos unidireccional, en la que cada nodo transmite periódicamente un mensaje que contiene información relativa a los nodos de entorno desde los que se ha recibido cualquier mensaje anterior por el nodo de transmisión. Un nodo recibe los mensajes transmitidos desde los nodos de entorno en la red, y registra los tiempos de llegada de los mensajes recibidos. Por tanto, el nodo que recibe esos mensajes puede determinar las distancias respectivas entre sí mismo y los nodos de entorno basándose en los tiempos de llegada respectivos de los mensajes recibidos y la información respectiva incluida en los mensajes respectivos. Mouly M; Dornstetter J-L: The Pseudo-Synchronisation, a Costless Feature to Obtain the Gains of a Synchronised Cellular Network MRC Mobile Radio Conference, XX, XX, 1 de noviembre de 1991 (01-11-1991), páginas 51-55, XP000391318, dan a conocer un esquema de pseudosincronización para un sistema de telefonía por radio celular. Se mantiene un conocimiento preciso de las diferencias de fase entre la base de tiempo de diferentes estaciones base y cada estación base almacena la diferencia de tiempo con sus nodos de entorno. Una vez conocidas, se envían las diferencias de tiempo a la entidad que las necesita en el momento que las necesita, por ejemplo a una estación móvil cuando se ordena a otra célula. Carpenter R; Lee T: A stable clock error model using coupled first and second-order gauss-markov processes Advances in the Astronautical Sciences - Space Flight Mechanics 2008 - Advances in the Astronautical Sciences, Proceedings of the AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting 2008 Univelt Inc. EE.UU., 31 de diciembre de 2008 (31- 12-2008), páginas 1-13, XP002545930, enseña un modelo de error de reloj estable usando procesos de gauss-markov de primer y segundo orden acoplados. Nicola Altan; Erwin P Rathgeb Ed - David Coudert; David Simplot-RYL, Ivan Stojomenovic: Opportunistic Clock Synchronization in a Beacon Enabled Wireless Sensor Network 10 de septiembre de 2008 (10-09-2008), AD-HOC, Mobile and Wireless Networks; 20080910 Springer Berlin Heidelberg, Berlín, Heidelberg, página(s) 15-28, XP019102619 ISBN: 9783540852087, enseñan una sincronización de reloj en una red de sensores inalámbricos con baliza que consiste en un gran número de pequeños nodos de sensor económicos. Se propone un mecanismo de sincronización 2   de tiempo basándose en el uso de un filtro de Kalman en una secuencia suavizada de intervalos de baliza medidos. Se introduce una sincronización de reloj global. El objeto de la presente invención es proporcionar métodos y un aparato que permitan estimar una desviación entre un reloj de transmisor de funcionamiento libre y un reloj de referencia de una manera fácil. Según la invención, este objeto se logra mediante un método según la reivindicación 1 y un aparato según la reivindicación 9. Las realizaciones de la invención proporcionan un método para estimar una desviación entre un reloj de transmisor de funcionamiento libre y un reloj de referencia, comprendiendo el método: en un receptor estacionario con respecto a un transmisor, recibir una señal de transmisor generada por el transmisor basándose en el reloj de transmisor; basándose en el reloj de referencia determinar un tiempo de llegada de la señal de transmisor y una fase de pulsación de la portadora de señales de transmisor; y basándose en un modelo de error de reloj, el tiempo de llegada y la fase de pulsación, estimar la desviación entre el reloj de transmisor y el reloj de referencia, en el que el modelo de error de reloj se deriva adaptando una función de correlación de un modelo estocástico a una función de autocorrelación medida del reloj de transmisor. Las realizaciones de la invención proporcionan un aparato para estimar una desviación entre un reloj de transmisor de funcionamiento libre y un reloj de referencia, que comprende: un receptor configurado para recibir una señal de transmisor generada por un transmisor estacionario con respecto al receptor, basándose en el reloj de transmisor; un procesador configurado para: basándose en el reloj de referencia, determinar un tiempo de llegada de la señal de transmisor y una fase de pulsación de la portadora de señales de transmisor; y basándose en un modelo de error de reloj, el tiempo de llegada y la fase de pulsación, estimar la desviación entre el reloj de transmisor y el reloj de referencia, en el que el modelo de error de reloj se deriva adaptando una función de correlación de un modelo estocástico a una función de autocorrelación medida del reloj de transmisor. En las realizaciones de la invención, se usa un modelo estocástico para estimar la desviación de reloj. El modelo estocástico se deriva de una función de autocorrelación medida. La desviación estimada puede determinarse por una unidad de referencia estacionaria y puede distribuirse a un objeto móvil, que representa un receptor en el sistema. El objeto móvil o una pluralidad de objetos móviles (receptores) pueden usar el mismo modelo para predecir o extrapolar desviaciones de reloj actuales entre actualizaciones. Las realizaciones de la invención se basan en el reconocimiento de que las funciones de autocorrelación medidas para relojes de transmisor se asemejan a la función de autocorrelación de ruido de PM de centelleo y que también son muy similares a las funciones de... [Seguir leyendo]

1. Método para estimar una desviación entre un reloj de transmisor de funcionamiento libre y un reloj de referencia, comprendiendo el método: en un receptor (12) estacionario con respecto a un transmisor (10), recibir una señal de transmisor generada por el transmisor (10) basándose en el reloj de transmisor; basándose en el reloj de referencia determinar un tiempo de llegada de la señal de transmisor y una fase de pulsación de la portadora de señales de transmisor; y basándose en un modelo de error de reloj, el tiempo de llegada y la fase de pulsación, estimar la desviación entre el reloj de transmisor y el reloj de referencia, en el que el modelo de error de reloj se deriva adaptando una función de correlación de un modelo estocástico a una función de autocorrelación medida del reloj de transmisor. 2. Método según la reivindicación 1, en el que la función de correlación del modelo estocástico es la función de correlación de un proceso de Markov de segundo orden. 3. Método según la reivindicación 1 ó 2, en el que estimar la desviación comprende: usar un filtro de Kalman, en el que se determinan coeficientes de la matriz de sistema del filtro de Kalman basándose en el modelo de error de reloj. 4. Método según la reivindicación 3, en el que la desviación entre el reloj de transmisor de funcionamiento libre y el reloj de referencia se proporciona como un vector de estado estimado del filtro de Kalman. 5. Método según una de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende: estimar una desviación entre cada uno de una pluralidad de relojes de transmisor de funcionamiento libre y el reloj de referencia, en el que cada uno de los relojes de transmisor de funcionamiento libre está asociado con uno de una pluralidad de transmisores (10) estacionarios espaciados entre sí; y sincronizar virtualmente la pluralidad de transmisores (10) usando las desviaciones estimadas. 6. Método para determinar una posición de un objeto (14) móvil, que comprende: en el objeto (14) móvil, recibir una desviación estimada entre cada reloj de transmisor de una pluralidad de transmisores (10) y un reloj de referencia de un receptor (12) estacionario con respecto a la pluralidad de transmisores (10), estimándose las desviaciones estimadas según una de las reivindicaciones 1 a 5, y recibir señales generadas basándose en los relojes de transmisor de funcionamiento libre desde la pluralidad de transmisores (10), y calcular la posición del objeto (14) móvil usando un tiempo de llegada de las señales recibidas desde la pluralidad de transmisores (10) y tiempos de transmisión de las señales recibidas corregidos por las desviaciones estimadas. 7. Método según la reivindicación 6, en el que las desviaciones son vectores de estado estimados de un filtro de Kalman usado en el receptor (20) estacionario, y en el que el objeto (14) móvil calcula desviaciones extrapoladas usando los vectores de estado estimados en una ecuación de estado de un filtro de Kalman que corresponde al filtro de Kalman usado en el receptor (20) estacionario. 8. Método según la reivindicación 7, en el que el objeto (14) móvil calcula las desviaciones extrapoladas en un periodo de tiempo entre vectores de estado estimados posteriores recibidos desde el receptor (20) estacionario. 9. Aparato (20) para estimar una desviación entre un reloj de transmisor de funcionamiento libre y un reloj de referencia, que comprende: un receptor (12) configurado para recibir una señal de transmisor generada por un transmisor (10) estacionario con respecto al receptor (12), basándose en el reloj de transmisor; un procesador (20) configurado para: basándose en el reloj de referencia, determinar un tiempo de llegada de la señal de transmisor y una fase de pulsación de la portadora de señales de transmisor; y basándose en un modelo de error de reloj, el tiempo de llegada y la fase de pulsación, estimar la desviación 12   entre el reloj de transmisor y el reloj de referencia, en el que el modelo de error de reloj se deriva adaptando una función de correlación de un modelo estocástico a una función de autocorrelación medida del reloj de transmisor. 10. Sistema para determinar una posición de un objeto (14) móvil, que comprende: un aparato (20) para estimar una desviación entre un reloj de transmisor de funcionamiento libre y un reloj de referencia según la reivindicación 9; un receptor (24) configurado para recibir desviaciones estimadas entre cada reloj de transmisor de una pluralidad de transmisores (10) y un reloj de referencia de un receptor (12) estacionario con respecto a la pluralidad de transmisores (10) desde el aparato (20), y recibir señales generadas basándose en los relojes de transmisor de funcionamiento libre desde la pluralidad de transmisores (10), y un procesador (26) configurado para calcular la posición del objeto (14) móvil usando un tiempo de llegada de las señales recibidas desde la pluralidad de transmisores (10) y tiempos de transmisión de las señales recibidas corregidos por las desviaciones estimadas. 11. Aparato según la reivindicación 10, en el que las desviaciones son vectores de estado estimados de un filtro de Kalman usado en el receptor estacionario, y en el que el procesador está configurado para calcular desviaciones extrapoladas usando los vectores de estado estimados en una ecuación de estado de un filtro de Kalman que corresponde al filtro de Kalman usado en el receptor estacionario. 12. Aparato según la reivindicación 11, en el que el procesador (26) está configurado para calcular las desviaciones extrapoladas en un periodo de tiempo entre vectores de estado estimados posteriores recibidos desde el receptor estacionario. 13. Objeto móvil que comprende un aparato según una de las reivindicaciones 10 a 12. 14. Sistema que comprende una pluralidad de transmisores (10) estacionarios espaciados entre sí, un aparato (20) según la reivindicación 9, que es estacionario con respecto a los transmisores (10), y un objeto (14) móvil según la reivindicación 13. 15. Programa informático que tiene un código de programa para realizar, cuando se ejecuta en un ordenador, un método según una de las reivindicaciones 1 a 8. 13   14     16   17   18   19     21   22