Procedimiento de determinación de posición.

Procedimiento de determinación de posición que comprende los pasos siguientes:

- recepción de al menos cuatro señales de radio (4a-4e) emitidas por estaciones transmisoras diferentes (1a-1e),

- adquisición de una respuesta de impulso del canal de transmisión para cada una de las señales de radio recibidas (4a-4e; S10-S17),

- estimación de la vía de señal directa para cada una de las señales de radio recibidas (4a-4e) con ayuda de larespectiva respuesta de impulso de canal adquirida (S18-S23), y

- determinación de la posición de recepción de las señales de radio por evaluación de las vías de señal directasestimadas de las señales de radio recibidas (4a-4e),

caracterizado porque

las señales de radio emitidas por las diferentes estaciones transmisoras (1a-1e) son idénticas y únicamente lasfrecuencias portadoras (30-33) de las señales de radio emitidas por las diferentes estaciones transmisoras sediferencian por un decalaje de frecuencia Δfc.

Procedimiento de determinación de posición.

La invención concierne a un procedimiento de determinación de posición según la reivindicación 1 que es adecuado especialmente para uso en entornos que favorecen la difusión multivía de señales.

Para la determinación de posición están disponibles hoy en día sistemas de navegación por satélite con los cuales es posible una adquisición relativamente exacta de la posición actual de un receptor. No obstante, el receptor para la determinación de posición está obligado a contar con una recepción lo menos perturbada posible de las señales de los satélites. Como una fuente de perturbación importante se manifiesta la difusión multivía de las señales de satélites en determinados entornos, tal como en ciudades, en el interior de edificios o en la montaña. Precisamente en tales entornos que favorecen la difusión multivía de las señales de los satélites no son posibles frecuentemente una recepción de señales no perturbada ni, por tanto, una determinación de posición exacta.

La publicación "Time of Arrival Estimation for UWB Localizers in Realistic Environments", CHIARA FALSI, DAVIDE DARDARI, LORENZO MOCCHI, MOE Z. WIN, EURASIP JOURNAL ON APPLIED SIGNAL PROCESSING, Vol. 2006, 30 de abril de 2006 () , DOI: 10.1155/ASP/2006/32082, describe estudios comparativos experimentales de localización por medio de UWB (banda ultraancha) con un algoritmo de estimación del tiempo de llegada (TOA) , que implementa un estimador convencional basado en valores umbral, y con tres algoritmos que implementan un estimador de probabilidad de máximo basado en un procedimiento de detección de picos.

La publicación "An improved Time-of-Arrival Estimation for WLAN-Based Local Positioning", HARISH REDDY ET AL, COMMUNICATION SYSTEMS SOFTWARE AND MIDDLEVARE, 2007. COMSWARE 2007. 2ND INTERNATIONAL CONFERENCE ON, IEEE, PI, 1 de enero de 2007 () , páginas 1-5, ISBN: 978-1-4244-0613-5, describe una técnica de estimación de TOA para la determinación de posición en una WLAN (red de área local inalámbrica) basándose en un método de correlación.

La publicación "Super-resolution TOA Estimation in OFDM Systems for Indoor Environments", FANG ZHAO ET AL, NETWORKING, SENSING AND CONTROL, 2007 IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON, IEEE, PI, 1 de abril de 2007 () , páginas 723, 728, ISBN: 978-1-4244-1075-0, se emplea para delimitar la forma en dos partes de la reivindicación 1 y describe un sistema de determinación de posición para redes IEEE 802.11a/g con procedimientos de acceso OFDM (multiplexado por división de frecuencia ortogonal) basándose en una estimación de TOA de alta resolución que está antepuesta a una estimación de canal.

Por tanto, el objetivo de la presente invención reside en un procedimiento de determinación de posición que es adecuado especialmente para uso en entornos que favorecen la difusión multivía de señales.

Este objetivo se alcanza por medio de un procedimiento de determinación de posición con las características de la reivindicación 1. Otras ejecuciones de la invención son objeto de las reivindicaciones subordinadas.

Una idea esencial de la invención consiste en adquirir una respuesta de impulso del canal de transmisión de una señal de radio de un transmisor perturbada a consecuencia de una difusión multivía y que está prevista para la determinación de posición y se denomina también señal de medición de distancia, y en adquirir por estimación con ayuda de la respuesta de impulso de canal la vía de señal directa, la cual puede evaluarse después para una determinación de posición relativamente exacta de un receptor de la señal. En otras palabras, por estimación del gran número de vías de difusión de una señal de medición de distancia se adquiere en entornos que favorecen la difusión multivía la vía de difusión que corresponde con la mayor probabilidad a la vía de señal directa del transmisor al receptor. Con ayuda de tiempos de propagación de señal se puede adquirir así la distancia entre el transmisor y el receptor y, en caso de coordenadas conocidas del transmisor, se puede determinar con alta precisión, con al menos cuatro señales de medición de distancia de transmisores diferentes, análogamente a la navegación por satélite, la posición del receptor. El cálculo de la posición puede determinarse tridimensionalmente con un número suficiente de señales de medición de distancia, lo que hace posible una determinación de posición, por ejemplo, en grandes edificios de múltiples pisos.

La invención concierne ahora según una forma de realización a un procedimiento de determinación de posición que presenta los pasos siguientes:

-recepción de al menos cuatro señales de radio emitidas por estaciones transmisoras diferentes, -adquisición de una respuesta de impulso del canal de transmisión para cada una de las señales de radio

recibidas, -estimación de la vía de señal directa para cada una de las señales de radio recibidas con ayuda de la respectiva respuesta de impulso de canal, y -determinación de la posición de recepción de las señales de radio por evaluación de las vías de señal directas estimadas de las señales de radio recibidas.

Las señales de radio emitidas por las diferentes estaciones transmisoras pueden ser idénticas, y únicamente las frecuencias portadoras de las señales de radio emitidas por las diferentes estaciones transmisoras pueden diferenciarse por medio de un decalaje de frecuencia. Esto simplifica la generación de señales, ya que no es necesaria una compleja codificación de las señales de radio para su diferenciación por un receptor.

La recepción de las señales de radio puede presentar especialmente los pasos siguientes:

- filtrado pasabanda de cada señal de radio, -mezclado de cada señal de radio filtrada en pasabanda para reducirla a su banda base correspondiente, -filtrado pasabajos de cada señal de radio mezclada y reducida, -digitalización de cada señal de radio filtrada en pasabajos, -transformación de cada señal de radio digitalizada al dominio de la frecuencia por medio de una transformada

rápida de Fourier FFT, -extracción de componentes FFT complejas individuales de las señales de radio transformadas al dominio de la frecuencia, y -retirada de desfases de las componentes FFT complejas extraídas.

La adquisición de la respuesta de impulso de canal puede presentar la comparación de cada señal de radio recibida con una copia individual no distorsionada de la señal de radio del transmisor en el dominio de la frecuencia, calculándose la respuesta de impulso de canal en base a la comparación. En un receptor se pueden archivar para ello, antes de la puesta en servicio, réplicas de señales de radio no distorsionadas del transmisor que se han adquirido, por ejemplo, por medio de mediciones.

La estimación de la vía de señal directa puede presentar el procesamiento de la respuesta de impulso de canal adquirida con un algoritmo de estimación basado en un modelo de estado-espacio.

El algoritmo de estimación puede ser un algoritmo de estimación de estado-espacio con el que se simula la respuesta de impulso de canal adquirida por medio de una suma finita de funciones sinusoidales complejas, efectuándose la simulación por medio de una estimación de parámetros en el dominio de frecuencia.

La estimación de la vía de señal directa puede presentar una evaluación de la respuesta de impulso de canal simulada, en la que se extrae de la respuesta de impulso de canal simulada la primera componente de tiempo de propagación. La primera componente de tiempo de propagación corresponde en general de manera relativamente precisa a la componente de enlace visual (línea visual, LOS) de la respuesta de impulso de canal y, por tanto, a la vía de señal directa.

La determinación de la posición de recepción puede presentar un cálculo de diferencia de tiempo de propagación (diferencia de tiempo de llegada, TDOA) por medio de las vías de señal directas estimadas de cada una de las señales de radio recibidas. En TDOA se evalúan para la determinación de posición los diferentes tiempos de llegada de un impulso emitido al mismo tiempo por varios transmisores.

Las estaciones transmisoras pueden emitir las señales de radio de una manera sincronizada. Se puede asegurar así que los cálculos TDOA conduzcan a resultados razonables.

Para la sincronización de la emisión se puede emplear una señal de impulso por segundo (PPS) y/o una señal de 10 MHz. Una señal PPS es una señal que puede señalizar con relativa precisión el inicio de un segundo. Las señales PPS son emitidas frecuentemente por relojes de precisión, por ejemplo los relojes... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de determinación de posición que comprende los pasos siguientes:

-recepción de al menos cuatro señales de radio (4a-4e) emitidas por estaciones transmisoras diferentes (1a-1e) , -adquisición de una respuesta de impulso del canal de transmisión para cada una de las señales de radio recibidas (4a-4e; S10-S17) , -estimación de la vía de señal directa para cada una de las señales de radio recibidas (4a-4e) con ayuda de la respectiva respuesta de impulso de canal adquirida (S18-S23) , y -determinación de la posición de recepción de las señales de radio por evaluación de las vías de señal directas estimadas de las señales de radio recibidas (4a-4e) ,

caracterizado porque las señales de radio emitidas por las diferentes estaciones transmisoras (1a-1e) son idénticas y únicamente las frecuencias portadoras (30-33) de las señales de radio emitidas por las diferentes estaciones transmisoras se diferencian por un decalaje de frecuencia !fc.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la recepción de las señales de radio presenta los pasos siguientes:

- filtrado pasabanda de cada señal de radio, -mezclado de cada señal de radio filtrada en pasabanda para reducirla a su banda base correspondiente, -filtrado pasabajos de cada señal de radio mezclada y reducida, -digitalización de cada señal de radio filtrada en pasabajos, -transformación de cada señal de radio digitalizada al dominio de la frecuencia por medio de una transformado

rápida de Fourier FFT, -extracción de componentes FFT complejas individuales de las señales de radio transformadas al dominio de la frecuencia, y -retirada de desfases de las componentes FFT complejas extraídas.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la adquisición de la respuesta de impulso de canal presenta la comparación de cada señal de radio recibida con una copia de señal de radio individual no distorsionada del transmisor en el dominio de la frecuencia, calculándose la respuesta de impulso de canal con ayuda de la comparación.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la estimación de la vía de señal directa presenta el procesamiento de la respuesta de impulso de canal adquirida con un algoritmo de estimación basado en un modelo de estado-espacio.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque el algoritmo de estimación es un algoritmo de estimación de estado-espacio con el que se simula la respuesta de impulso de canal adquirida por medio de una suma finita de funciones sinusoidales complejas, efectuándose la simulación por medio de una estimación de parámetros en el dominio de la frecuencia.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque la estimación de la vía de señal directa presenta una evaluación de la respuesta de impulso de canal simulada, en la que se extrae la primera componente de tiempo de propagación de la respuesta de impulso de canal simulada.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la determinación de la posición de recepción presenta un cálculo de diferencia de tiempo de propagación (TDOA) por medio de las vías de señal directas estimadas de cada una de las señales de radio recibidas.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las estaciones transmisoras emiten las señales de radio en forma sincronizada.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque se emplea para la sincronización de la emisión una señal de impulso por segundo (PPS) y/o una señal de 10 MHz.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque la señal PPS y/o la señal de 10 MHz se reajustan continuamente en fase con una tasa de repetición prefijada, de especialmente 10 Hz, para garantizar una sincronización permanente.

11. Estación transmisora que está concebida para uso con un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores y que presenta lo siguiente:

-una unidad de sincronización (27) para recibir y emitir señales de sincronización desde y hacia otras estaciones

transmisoras, respectivamente; -un generador de señales (22-26) para generar la señal de medición de distancia; y -un módulo de comunicación (20-21) para emitir la señal de medición de distancia como señal de radio para la determinación de la posición de un receptor.

12. Disposición de varias estaciones transmisoras (1a-1e) según la reivindicación 11, en la que cada estación transmisora tiene un enlace visual con al menos otra estación transmisora.

13. Dispositivo de determinación de posición que está concebido para uso con un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 y que presenta lo siguiente:

-un filtro pasabanda (11) para el filtrado en pasabanda de cada señal de radio recibida emitida por una estación 10 transmisora, -un mezclador (13, 15) para mezclar cada señal de radio filtrada en pasabanda a fin de reducirla a su banda

base correspondiente, -un filtro pasabajos (14) para filtrar en pasabajos cada señal de radio mezclada y reducida, -un convertidor analógico-digital (16) para digitalizar cada señal de radio filtrada en pasabajos y

- una unidad de procesamiento (16) para transformar cada señal de radio digitalizada al dominio de la frecuencia por medio de una transformada rápida de Fourier FFT, para extraer componentes FFT complejas individuales de las señales de radio transformadas al dominio de la frecuencia y para retirar desfases de las componentes FFT complejas extraídas.