专利名称：运载工具监视系统的制作方法
相关申请的交叉参考本申请根据35U.S.C.节119(e)要求2000年5月9日申请的美国临时申请号为60/203,039的专利申请的优先权。
背景技术：
本申请涉及飞机的检测和跟踪。本发明尤其适用于检测和跟踪在机场地面上合适配备的飞机、在近距离分开的平行航道上的飞机以及在机场附近的飞机，并参照这些进行说明。不过应当理解，这里披露的教导也能够用于检测和跟踪在多种环境中例如公路、海运和其它应用中的合适配备的运载工具。
在机场附近的飞机和其它飞机的位置对于飞机的安全运动是至关重要的。以前使用多种技术跟踪和监视从航线中飞向机场的飞机，引导或监视最终进入机场的飞机，并监视在机场跑道和滑行道内的飞机的运动，这些技术中利用空中交通控制雷达信标系统(ATCRBS)应答器。这些跟踪技术已经在下述的系统中实现了。
使用空中交通控制信标问答器(ATCBI-6)地面系统和相关的显示监视朝向机场飞行的飞机。这些系统询问A/C方式，并且完全符合包括P4抑制的新的S方式(供选择)应答器格式，以便减少同步混淆。
在飞机上操作交通冲突避免系统(TCAS)，以便询问飞机应答器，并测量到达时间(TOA)，在某些情况下测量到达角度(AOA)，然后跟踪、显示，并当飞机靠近基准超过某些阈值时，给出解决方案报告，如Moussa等人的1995年2月7日公告的美国专利5387915所教导的那样。
应答器着陆系统(TLS)提供了一种用于使飞行员在最后接近机场使相对于所需的跑道和滑行道监视飞机位置的装置。该系统依赖A/C模式询问来跟踪应答器。
这样的系统是已知的，其只根据飞机应答器响应的多侧到达时间监视在机场地面上的飞机，并且一些原型多侧(multilateration)系统已经实施，它们极大地依赖于新的S模式应答器，如Drobnicki等人的1993年11月16日公告的美国专利5262784所教导的那样。
上述所有这些以应答器的回答作为有效识别的基础的系统的基本设计限制是要求系统在同步混淆期间操作。应答器回答的混淆是通过叠加来自距地面检测器同一个斜向距离附近的飞机的应答器的回答而产生的，此时妨碍有效识别飞机应答器的回答。为了增加基于系统的应答器的容量和使同步混淆减到最小，已经规定了新的S模式并被标准化。现在所有具有30个以上座位的飞机都配备有S模式应答器和TCAS。和通常的二次监视雷达(SSR)相比，SSR的S模式的一些特征使得其也非常适用于地面交通控制。在协同操作的地面检测跟踪方法中的问题是由于在一般的航行的飞机中没有S模式应答器造成的。这个问题可能持续了好多年。为了能够在稠密的包括A/C模式应答器的RF环境中可靠地检测飞机，必须研制新的方法。
本发明提供一种改进的方法和装置，用于测量和处理由于同步混淆而变劣的飞机应答器的回答，其克服了在上述的系统以及其它系统中使用当前的技术存在的问题。
发明概述按照本发明的一个实施例，一种用于跟踪在监视区域内的飞机的方法包括响应第一频率的询问信号的常规的IFF应答器，接收来自监视区域内的飞机的第二频率的回答信号，所述信号在多个天线阵列上被接收。由不同的载波相位相对于每个阵列确定接收的回答信号的角度。根据到达时间(TOA)的测量确定一个范围，所述到达时间是从信号发送到接收所用的时间。使用回答信号的这些和其它的特征，例如频率和幅值，使脉冲随时间彼此相关。对于每个回答脉冲由包括确定的角度和范围的数据计算表示回答信号的起点或源点的位置。所述脉冲跟踪数据被输送给中央处理单元。然后使用所有的跟踪状态，其中包括回答的幅值、位置(回答的起点)、速度、加速度以及回答的频率(每秒的波形周期数)，使在多个地面检测器之间的脉冲跟踪相关联，从而产生飞机位置和ID(标识)。一个阵列可能不能计算出一个唯一的角度，但是可以利用来自多个天线阵列的TOA测量计算一个唯一的角度。这可以这样实现利用来自2个不在同一位置的阵列的TOA数据计算初始位置，然后利用最小余量选择该角度。通过使两个或多个方位线相交求解飞机位置的估算而进行进一步的数据处理来达到最终系统精度。在应答器回答处理中的这最后一步用于消除应答器编码延迟。表示多个计算的位置的数据被定期地提供给在监视区域内的飞机或其它用户，例如地面或空中交通控制器。
按照本发明的另一方面，提供一种用于定位在监视区域内的物体的系统，所述系统从至少两个单独的检测器位置接收和测量至少两个角度，而不用应答器的外部询问，通常被称为应答器的S模式间歇振荡器。
按照本发明的另一方面，测量关于每个回答脉冲的到达数据的角度，从而改善脉冲和脉冲的相关性。对于每个脉冲可以计算位置，并且和速度、加速度、回答的幅值和回答信号的频率组合，可用于使所述脉冲随时间相关。当不要求完整回答提供位置和ID时，这能够减轻同步混淆。
按照本发明的一个方面，通过确定仰角和方位角中的至少一个来确定所述角度。
按照本发明的一个方面，所述方法还包括接收提供的数据，所述数据代表特定的运载工具，例如飞行着的或者滑行的飞机，或者机场服务车辆的多个计算的位置。由所述接收的数据提取相应于特定运载工具的位置，并和来自机载检测器的另一个位置比较。
按照本发明的一个方面，通过在阵列中的参考天线上接收回答信号并在阵列中的另一个天线上接收回答信号来确定每个回答脉冲的角度。在参考天线上接收的信号和在其它天线上接收的信号之间的相位差被确定。
按照本发明的一个方面，一种用于跟踪在监视区域中的回答脉冲的方法还包括计算在发送询问信号和接收回答信号之间经过的时间，并根据所述经过的时间确定一个范围。
按照本发明的一个实施例，一种用于检测在一个区域内的飞机的装置包括角度确定装置，范围确定装置，位置处理器和发送器。所述角度确定装置包括被设置成阵列的多个天线，以及相位计算器，用于计算在包括第一天线的第一接收信道和包括第二天线的第二接收信道之间的回答信号的相位差。所述范围确定装置包括同步定时器，用于确定在询问信号和在所述多个天线的每个天线收到应答器的回答信号之间的时间，以及范围估算器，用于根据确定的在询问信号和收到应答器回答信号之间的时间估算一个范围。所述位置处理器根据计算的相位差和估算的范围确定位置。所述发送器发送包括表示在所述区域内的多个飞机的位置的数据。
按照本发明的一个方面，所述装置还包括和所述位置处理器进行数据通信的第二角度确定装置，用于根据计算的相位差和计算的第二相位差确定位置。
按照本发明的一个实施例，一种用于定位在被监视的区域内的协同操作的物体的系统包括以一定频率发送询问信号的询问器。第一和第二阵列接收由应答器发送的回答信号。到达角处理器计算收到的回答信号相对于第一和第二阵列的角度，以及位置处理器根据包括收到的回答信号的计算角度的数据计算位置。
按照本发明的一个方面，所述系统还包括和所述位置处理器进行通信的显示器，用于以图形方式显示计算的位置。
按照本发明的一个方面，所述系统还包括和所述检测器通信的识别处理器，用于根据在应答器回答信号中的编码信息确定和物体相关的识别。
按照本发明的一个方面，所述系统还包括范围处理器，用于根据接收的回答信号确定来自地面站的应答器的范围。
按照本发明的一个方面，所述系统还包括用于检测在监视区域中的其它物体并同时显示检测到的物体的装置。
按照本发明的一个方面，所述阵列的数量至少是2，并且所述阵列被非线性地设置。
按照本发明的一个方面，所述系统还包括广播装置，用于向整个区域广播多个计算的位置。
按照本发明的另一个实施例，一种用于定位在监视区域中的运载工具的系统包括至少一个接收器阵列，用于接收由和所述运载工具相关的应答器发出的回答信号。一个范围处理器根据接收的回答信号计算一个范围，以及一个到达角处理器计算接收的回答信号的角度。一个位置处理器根据所述范围和角度计算运载工具的位置。
按照本发明的另一个方面，所述范围处理器包括到达时间处理器，其计算在参考时间和接收器阵列收到所述回答信号时间之间经过的时间，其中所述范围由所述经过的时间由接收器确定。
按照本发明的一个方面，所述参考时间包括通过在接收器接收一个定时信号。
按照本发明的一个方面，所述到达角处理器提取信号的同相(I)分量和正交(Q)分量，并且根据所述同相和正交分量计算方位角。
按照本发明的一个方面，所述接收器阵列包括两个相邻的靠近设置的天线元件，用于提供粗略的方位角计算，以及两个不相邻的天线元件，其和所述相邻的元件呈直线设置，用于提供精确的方位角计算。
按照本发明的另一个实施例，一种用于确定在一个监视区域中的协同操作的物体的位置的方法，包括接收具有一定频率的、响应另一个频率的询问信号被从协同操作的物体发送的、编码的回答信号。由接收的回答信号的特征计算方位线，所述方位线和构成一个阵列的多个天线元件相关。根据接收的回答信号计算第二个解，并根据所述方位线和第二个解确定位置。
按照本发明的另一个方面，用于计算方位线的接收的回答信号的特征包括所述回答信号的空间相位分布。
本发明的一个优点在于利用传统设备在同步混淆事件期间提供更可靠和更精确的导航精度。
本发明的另一个优点在于，在把询问减到最少因而使发生的混淆最少的极其重要的环境中，利用AOA数据提供每个询问和/或应答器回答的最有效的利用。
本发明的另一个优点在于，增加了对于航行人员和基于地面的控制器的状态的了解。
本发明的另一个优点在于，这种技术可以应用于任何基于导航的应答器，例如TCAS，平行的跑道监视器，TLS，或者空中的和地面的监视。
通过阅读和理解下面的详细说明，本领域的普通技术人员可以更清楚地看出本发明的其它的优点。
本发明可以利用多个元件和元件结构以及多个步骤和步骤的排列来实施。附图只用于说明优选的实施例，并不构成对本发明的限制。
图1是适用于实施本发明实施例的系统的方块图；图2是适用于实施本发明的系统的功能方块图；图3是表示适用于实施本发明的方法的流程图；
图4表示在基于地面的环境中确定应答器位置的示例的应用；以及图5a，5b和5c表示在飞行环境中确定应答器位置的示例的应用。
优选实施例的详细说明参看图1，飞机10或具有相关的应答器(未示出)的其它运载工具由询问器12询问。按照联邦航空管理条例(FAA)，这个询问信号14最好以1030 MHZ发送，虽然其它的频率也可以使用，并且在跟踪飞行飞机之外的环境中是合适的。用于减少同步混淆的询问的对策可以包括在本领域中熟知的那些对策，例如使用相位阵天线或者定向的抛物线天线或其类似物进行定向的天线扫掠，或者使用耳语呼叫询问振幅序列，这些都是在交通冲突避免系统(TCAS)应用中熟知的。也可以设想利用其它的询问束形状，其中包括宽域束、相位阵及其类似物。
在响应时，应答器发出应答器回答16，其最好符合FAA条例规定的1090MHZ。这个信号在图1中也表示为两个单独的信号束，不过应答器最好作为一个近似的点源，其最好进行全方位的信号发射，并在整个监视区域内扩展。
应答器信号16由多个接收机阵列接收，在图1中表示为两个阵列，一个阵列18a用于确定方位角，一个阵列18e用于确定高度。虽然这些阵列被单独表示，本领域技术人员应当理解，它们可以在一个框架或者在一个“L”形的支撑上组合，或者可选择性地可以使用相位阵列型板，而具有同样的功能。所示的离散的阵列18a，18e只是为了清楚而示出。这里使用的术语“阵列”应当包括只能确定方位角、只能确定高度、只能确定范围的或者能够确定这些组合的接收机。每个天线接收的信号由角度或到达处理器20a，20e处理，从而确定各个特征，例如时间(例如在发送和接收之间)，幅值，频率，差分载波相位，与/或来自源应答器的回答信号16相对于阵列18的角度。
参见图2，每个阵列18包括几个单独的天线30，32，34和36，相关的参考解调信号，90度的相移元件，以及用于提取和参考信号同相的同相(I)分量与具有90度相位差的正交(Q)分量所需的其它电路。信号被解压成同相和正交分量的方法以及用于实现解压所需的电子电路是本领域技术人员熟知的。在每个天线得知同相和正交信号分量之后，便可以在每个天线30，32，34和36处得到信号16的相位。
到达角由在天线30，32，34和36的天线对当中的相位差确定。任意确定天线30的相位为0度，天线32的相位将是2π(ΔL/λ)，其中λ是应答器回答的波长(对于1090MHZ大约为0.27m)，ΔL是关于天线30和32的应答器信号路径长度的差。ΔL因而从在天线30和32处测量的信号相位获得。方位角θ由下式给出sin(θ)=ΔLd]]>其中θ是方位角，d是各个天线的间距，ΔL是路径长度差。
到达角方法的精度可以通过增加间距d来改善。不过，到达角方法还产生多个解θ＝sin-1(nλ/d)，其中n是整数。这可以通过利用来自两个天线阵列的差分范围测量来求解。所述范围测量由TOA或幅值测量导出。
现在回到图1，包括方位角和上述的其它特征的特征被输入到两个处理器60，62，它们由这些特征独立地计算源应答器的位置，由此定位响应的运载工具10。计算的位置被提供给比较器66，并经检验以确定被独立计算的多个解是否处于允许的范围内。如果是，运载工具的位置估算被格式化，并从发送器68向在可操作范围内的用户例如其它的飞行中的飞机或地面运载工具以及空中交通控制器或地面控制器发送或广播。虽然所示的方案使用RF发射70，但可以使用多种方法向用户提供所述的位置估算，例如光纤光缆，使用互联网或其它的网络协议等，这不会对性能带来不利影响。现在显然，计算的位置也可以有用地和其它的检测装置或系统76组合或集中，例如有源雷达监视系统、机场地面检测设备、跟踪子程序、用于在显示器78上显示的图表或映象显示、操作者插入的覆盖图或数据等。在一个实施例中，通过利用已知位置，例如来自多个系统的校正的位置数据，选择一个感兴趣的特定目标，使来自本系统的位置数据被寄存或者用来自其它系统的位置数据覆盖。
现在参见图2，其中示出了各个部分的功能方决图。4个天线30-36构成天线阵列18a。为了简明起见，天线阵列18e未示出，不过，本领域技术人员应当理解，在这个天线阵列上进行的接收信号的处理是相同的。从天线30-36接收的回答信号通过滤波器80，并被RF接收机装置82处理。通过指定一个天线作为参考天线30，并测量在参考天线30和剩余的天线32，34，36中的一个之间的差分载波相位，可以实现3个不同的天线阵列孔径，因此，可以含有3个不同分辨率(resolution)的测量，例如，低的、中的和高的。在专用的接收机通路84上从接收机装置80输出来自参考天线30的中频。使用在RF接收机装置82内的开关，来自天线32，34，36的信号在两个RF接收机通路86，88上被多路传输，不过本领域技术人员可以设想出等效的机构用于向接收机装置传递信号。相位、幅值和频率测量(PFM)单元90接收来自RF接收机装置82的中频路径84-88的信号，并向相位获取卡(PAC)100提供记录视频信号94a，94b，94c，以及数字化的相位数据98a，98b，用于进行信号处理。
提供两组数字化的相位数据在参考信道和IF信道A(低、中或高信道32，34，36)之间的相位差98a；和在参考信道与IF信道C(低、中或高信道)之间的差98b。3个输入94a、94b、94c的每一个的记录视频信号也被传递给PAC100。PAC100还接收表示询问序列14的起始信号或同步定时器信号102，用于进行范围计算。只根据范围计算航程甚至位置的机构和方法例如在授权给Stoltz等人的美国专利5017930中已披露，在此结合该专利作为参考。本领域的技术人员应当理解，可以利用多种形式的数据通信提供同步信号102，例如光纤光缆，无线传输，常规的硬线传输等。此外，可以通过内部机构实现多个元件的同步，例如通过内部时钟或者通过GPS信号。
检测器获取部分在收到起始信号102之后便开始处理来自天线30，32，34，36的RF输入信号。应答器回答信号16被进行模拟处理并被存储。使相位和频率数据和停止视频信号获取数据相关联。所有收集的信号特征数据被输入给处理器60，62，它们按照下面的详细说明独立地计算位置解。
现在参看图3，其中示出了适用于实施本发明的步骤的总体流程图。飞机天线发送回答信号16，其被地面上基于天线的阵列18a，18e接收，并传递给处理器20(图1，2)。处理器接收回答数据并识别脉冲，如步骤110所示。处理器根据幅值特性识别脉冲，以便检测脉冲的前沿(LE)和后沿(TE)，如步骤111所示。如果成功，则提取脉冲数据，如步骤118所示。除去测量数据之外(AOA，TOA，幅值和频率)，这还包括脉冲信息，例如宽度和形状。注意对于S模式间歇振荡器操作，不能利用TOA测量，这是因为不能得到参考或同步信号。对脉冲数据保持跟踪，如步骤120所示。然后，处理器随着时间的过去通过测量使脉冲和脉冲信息数据关联，如步骤122所示。这对于来自个别天线阵列的数据和来自其它天线阵列的数据进行操作。然后，如果具有足够的数据用于解决ID和位置(即多循环)的多值性，则处理器进行最终的ID和位置计算，如步骤124所示。环境的考虑也可以用于求解位置(即取消明确地确定离开机场的飞机的解)。最后，对照多种限制检查可利用的数据(步骤125)，例如在一定的精度要求内或者在一定的识别可信度内。如果数据是可接受的，则把信息输送给发送器68，以便向被监视的区域A中的其它运载工具或其它用户广播，还在其中显示，如步骤126所示。
使用卡尔曼滤波器改进位置估算的精度。这种滤波通过不仅使用最近的接收机测量，而且还使用先前确定的位置、所述位置的统计的“可靠性”、以及当前测量的统计的改变来改善精度。在本领域内，一些技术人员非常理解卡尔曼滤波对于导航系统的应用，不过，下面所述的关于卡尔曼滤波器的调整则是专用于本发明的。处理噪声协方差矩阵Q通常是一个试探组(heuristicset)，用于适应期望的目标操纵，但是通过对卡尔曼滤波器进行更先进的公式化，其可以成为自适应的。处理噪声协方差矩阵Q是一种“时效化(aging)”的矩阵，其允许加速事件在表示飞机动力学的状态矢量中发生。通常人们选择一个估算的Q，然后，通过计算机模拟或者通过飞行试验对其进行“微调”。通常通过考虑飞机能够完成的最大加速来计算Q的一阶近似。
回头参看图2，在本发明的一个实施例中的位置信息是合成的、利用其它位置数据调整和显示的信息。位置信息在一个有关的轨迹上被接收，例如特定的飞机或运载工具、参考点等。一般地说，轨迹数据利用代码或其它识别装置从接收的大量位置数据中提取。然后，其它位置数据利用应答器数据被调整或记录，并向用户显示结果。
参见图4，其中示出了对于飞机或其它的表面检测和跟踪环境的实施例。具有相关的应答器(未示出)的飞机10或其它运载工具由询问器12询问。根据环境，所述询问的速率可能相当低，尤其和用于监视飞行的飞机的询问速率比较时。例如，在机场的地面运载工具通常在相当开阔的区域内作相当缓慢的运动，因此可以使用相当长的询问间隔，或者相当长的回答间隔。此外，上述的询问和回答的频率在表面环境中可以不同，以便使空中传播的或者其它信号不相互冲突。接收机阵列18接收回答传输信号16。在所示的实施例中，只用一个方位角阵列便足以能够提供飞机所处的明确的角度。所处的明确的角度和范围估算处理结合，如上所述，便足以大致地定位运载工具10。在所示的例子中，硬线电缆130连接所述阵列和塔132中的显示器，塔132通过RF或者在监视区域A上的光学链路向该范围内的其它运载工具广播计算的位置。本领域的技术人员现在可以理解，在监视区域A周围的其它的位置可以设置附加的角度和范围处理阵列，以便提供具有提高的精度的更坚固的故障容许系统。此外，本领域技术人员可以理解，在其它情况下，可以具有并且需要阵列的多种组合。例如，在某些场所，可能需要和多个角度确定系统相连的一个范围求取器，而在其它场所则需要只包括范围确定(或者角度确定)的定位系统。
还可以预料，其它的检测系统76(图1)例如表面检测设备可以包括在系统中，例如通过记录表面检测雷达和应答器位置，用于在显示器78上显示或者发送到周围多个飞机。此外，可以由雷达目标处理器处理雷达显示，如同已知的那样，以便提取被检测的物体的位置。然后使被检测的物体和应答器位置比较，以便确定所述物体是否是未被识别的或者和现有的或新的应答器跟踪相关。然后，可以在显示器78中给雷达目标加上合适的标记。
现在参看图5a-5c，其中示出了一种飞行中的监视系统的实施例。首先参看图5a，询问器12发送询问信号14，所述信号由通过监视区域A的具有协同操作装备的飞机10接收。现在参看图5b，由多个在地理上分开的接收器18接收来自飞机10的一个回答发送信号16。在这个例子中，示出了在应答器回答信号16的范围内的4个接收机阵列18，其中的每一个按照方位角和高度计算到达的角度。高度计算可以涉及C模式询问，其返回飞机的高度代替ID。此外，和其本地接收器阵列18相连的始发询问站12确定范围。所述询问站和位置处理器60，62进行数据通信，其组合各个数据或信号特征，以确定发出回答信号16的位置。现在参看图5c，在所示的例子中这个计算的位置被输送到和每个接收器阵列18相关的发送器68，虽然它们可以被定位到其它地方。然后，发送器68在整个监视区域A向其它的飞机以及回答的飞机10广播70计算的位置，如图所示。本领域技术人员现在可以想象可用于确定明确位置的范围和角度处理器的多种组合。此外，计算的位置被进行格式转换，以便和其它系统76等综合用于显示器78进行显示，这些系统也被空中交通控制器或其它部分所利用。
正如现在可以理解的那样，位置广播信号包括关于在监视区域内的所有通过协同操作来响应的飞机的位置数据。因而，如果所述飞机也具有接收和处理广播的位置数据的能力，则通过应答器监视系统提供一种导航备份或综合监视器。换句话说，这种飞机可以比较或记录来自有组织的导航设备例如INS，GPS等的位置信息和由广播的位置数据提供的位置信息。这样，便提高了导航精度的总的可信度，并提供额外的冗余度。
接收并译码应答器的回答还可以提供其它的有用的内容，用于改善对控制器和全体飞行人员的情况的了解。例如许多飞机应答器在其应答器回答中包括识别码。这些代码可由运载工具识别处理器有利地用来导出附加的运载工具信息，例如飞机型号，飞行计划，维护要求等，这些可以包括在显示信息78中。
上面参照优选实施例对本发明进行了说明。显然，通过阅读和理解上面的详细说明，可以作出其它的改变和改型。本发明应当在这样的范围内被解释为包括所有这些改变和改型，使得这些改变和改型都落在所附的权利要求书及其等效物的范围内。
权利要求
1.一种用于跟踪在监视区域内的飞机的方法，包括接收来自所述监视区域内的飞机的具有一定频率的信号，所述信号在多个天线阵列上被接收；由所述信号的特征确定接收的信号相对于每个阵列的多个方位角；由包括所述确定的方位角的数据计算表示信号原点的位置；以及向在监视区域内的飞行器提供表示所述多个计算位置的数据。
2.如权利要求1所述的用于跟踪在监视区域内的飞机的方法，其中响应第二频率的询问信号从所述飞机发送所述被接收的信号。
3.如权利要求1所述的用于跟踪在监视区域内的飞机的方法，还包括接收所提供的表示多个计算位置的数据；从接收的数据提取相应于相关目标的位置；以及利用由其它检测器对相关目标确定的另一个位置配准相关目标的提取的位置。
4.如权利要求1所述的用于跟踪在监视区域内的飞机的方法，其中确定多个角度的步骤包括在阵列的参考天线上接收回答信号；在阵列的另一个天线上接收回答信号；以及确定在参考天线上接收的信号和在另一个天线上接收的信号之间的相位差。
5.如权利要求1所述的用于跟踪在监视区域内的飞机的方法，还包括计算在发送询问信号和接收回答信号之间经过的时间；以及根据所述经过的时间确定一个范围。
6.一种用于在发送第一频率的询问信号的询问器的可操作范围内的一个区域内检测飞机的方法，所述飞机具有用于响应所述询问信号发送第二频率的回答信号的应答器，所述方法包括根据回答信号的幅值特征检测一个脉冲；测量检测的回答信号的信号量，所述信号量从相位差、到达时间、频率、脉冲宽度和脉冲形状构成的组中选择；测量检测的回答信号的脉冲特征，所述脉冲特征从形状和宽度构成的组中选择；以及使用测量的信号量和来自多个回答信号的脉冲特征以及环境约束与测量结果相关联并计算唯一的标识和位置。
7.一种用于检测和识别具有多个相关的数据脉冲的脉冲调制的应答器回答信号的方法，包括以下步骤对每个接收的脉冲产生一个视频信号；采样回答脉冲的幅值、到达角和频率；对回答脉冲进行脉冲幅值和角度的处理，从而确定脉冲的到达时间；跟踪处理所述采样的数据，以便按照时间、角度、幅值和频率对每个信号数据脉冲实现跟踪状态；相关处理所述跟踪状态，以便与来自一个应答器回答的数据脉冲相关联；以及根据相关的跟踪状态确定位置。
8.一种用于在发送第一频率的询问信号的询问器的可操作范围内的一个区域内检测飞机的装置，所述飞机具有用于响应所述询问信号发送第二频率的回答信号的应答器，所述装置包括a)角度确定装置，包括i)被设置成阵列的多个天线；以及ii)相位计算器，其计算在包括第一天线的第一接收信道和包括第二天线的第二接收信道之间的回答信号的相位差；b)范围确定装置，包括i)被同步的定时器，其确定多个天线的每个的询问信号和收到应答器回答信号之间的时间，以及ii)范围估算器，其根据确定的在询问信号和收到所述应答器回答信号之间的时间估算一个范围；c)位置处理器，其根据所述计算的相位差和估算的范围确定位置；以及d)发送器，用于发送包括表示该区域中多个飞机的位置的数据。
9.如权利要求8所述的装置，还包括第二角度确定装置，包括被设置成阵列的多个天线；以及相位计算器，其计算在包括第一天线的第一接收信道和包括第二天线的第二接收信道之间的回答信号的第二相位差；其中所述第二角度确定装置和所述位置处理器可进行数据通信，用于根据计算的相位差、第二计算的相位差和估算的范围确定位置。
10.一种用于定位在一个监视区域内的协同操作的物体的系统，包括询问器，其发送具有一定频率的询问信号；第一阵列，其接收频率和所述询问信号的频率不同的由应答器发送的回答信号；第二阵列，其接收由应答器发送的回答信号；到达角处理器，其计算接收的回答信号相对于第一阵列的第一角度和相对于第二阵列的第二角度；以及位置处理器，其根据包括计算的接收的回答信号的第一和第二角度计算位置。
11.如权利要求10所述的系统，还包括和所述位置处理器通信的显示器，其通过图形显示计算的位置。
12.如权利要求10所述的系统，还包括和所述接收器通信的识别处理器，其根据在应答器回答信号中编码的信息确定和所述物体相关的标识。
13.如权利要求10所述的系统，还包括范围处理器，其根据接收的回答信号确定所述应答器距离地面站的范围。
14.如权利要求10所述的系统，还包括广播装置，其向整个监视区域广播多个计算的位置。
15.一种用于定位被监视的区域内的运载工具的系统，包括至少一个接收器阵列，其接收由和所述运载工具相关的应答器发送的频率基本上是1090MHZ的回答信号；范围处理器，其根据接收的回答信号计算一范围；到达角处理器，其由提取的信号的同相(I)分量和正交(Q)分量计算接收的回答信号的角度；以及位置处理器，其根据所述范围和角度计算运载工具的位置。
16.如权利要求15所述的系统，其中所述范围处理器包括到达时间处理器，其计算在一个参考时间和在接收器阵列接收回答信号的时间之间的经过时间，其中由在所述接收器处的经过时间确定所述的范围。
17.如权利要求16所述的系统，其中所述参考时间包括在接收器处接收一个同步信号。
18.如权利要求15所述的系统，其中所述接收器阵列包括两个紧密相邻的分开的天线元件，用于提供粗略的方位角计算；以及两个不相邻的、和所述相邻的元件呈直线设置的天线元件，用于提供精细的方位角计算。
19.一种用于确定在一个被监视的区域内的协同操作的物体的位置的方法，所述方法包括接收响应另一个频率的询问信号从所述协同操作的物体发出的具有一定频率的编码的回答信号；由所述接收的回答信号的特征计算方位线，所述方位线相对于构成阵列的多个天线元件；根据接收的回答信号计算第二个解；以及根据所述方位线和第二个解确定位置。
20.如权利要求19所述的方法，其中计算第二个解包括由在第二组多个天线元件上接收的回答信号的特征计算第二方位线。
21.如权利要求19所述的方法，其中所述计算第二个解包括由在参考时间和回答信号的接收时间之间所经过的时间计算一范围。
22.如权利要求19所述的方法，还包括向用户显示所述位置。
23.如权利要求19所述的方法，还包括把多个所计算的位置传送给运载工具。
24.如权利要求19所述的方法，其中用于计算方位线的接收的回答信号的特征包括回答信号的空间相位分布。
全文摘要
本发明披露了一种用于改善空中交通控制雷达信标系统应答器的跟踪的算法。所述算法可以和这样一个系统组合，所述系统包括询问器，其以符合FAA条例的第一频率，最好是1030MHz，向相关的运载工具的应答器发送询问信号，以及接收器阵列，其接收由应答器以符合FAA条例的第二频率，最好是1090MHz发送的应答器回答信号。到达角处理器计算接收的回答信号的角度，位置处理器根据至少收到的角度数据计算运载工具的位置。
文档编号G01S5/00GK1441912SQ01812556
公开日2003年9月10日 申请日期2001年5月9日 优先权日2000年5月9日
发明者K·温纳, B·R·库伊恩 申请人:先进导航及定位公司