| WO/1999/060659 | ADAPTIVE ANTENNA PATTERN CONTROL FOR A MULTIPLE ACCESS COMMUNICATION SYSTEM |
| JPS51114053 | SPHERICAL ARRAY ANTENNA |
| JPS57211807 | ARRAY ANTENNA DEVICE |
| US20130035052A1 | 2013-02-07 | |||
| US20140302869A1 | 2014-10-09 | |||
| US4811033A | 1989-03-07 | |||
| US20110068997A1 | 2011-03-24 | |||
| US20050288031A1 | 2005-12-29 | |||
| US20040056814A1 | 2004-03-25 | |||
| US20150226846A1 | 2015-08-13 |
| REIVINDICACIONES 1. -Una agrupación de antenas de apertura 100, circular, plana y sectorial para mitigar el multitrayecto y medir los ángulos de llegada y de salida, desde y hacia la misma, de transmisiones de radiofrecuencia y que comprende n antenas de apertura, n guías s ondas y n sectores; una antena por sector y que cubre 360° en un plano, CARACTERIZADA porque la agrupación de antenas 100 se despliega sobre un plano de simetría horizontal, dentro de un espacio topológico, y está inscrita en un círculo imaginario en donde las antenas de bocina se ubican en forma circular, plana y radial; en el centro de la agrupación hay un tubo 145 cuyo eje longitudinal es perpendicular al plano de simetría y en donde la intersección de su eje longitudinal con el plano corresponde al centro de la agrupación de antenas. 2. - La agrupación de antenas de apertura 100, circular, plana y sectorial para mitigar el multitrayecto y medir los ángulos de llegada y de salida, desde y hacia la misma, de transmisiones de radiofrecuencia y que comprende n antenas de apertura, n guías s ondas y n sectores; una antena por sector y que cubre 360° en un plano de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADA porque la agrupación comprende cualquier clase de antenas de aperturas entre ellas las antenas de bocina. 3. - La agrupación de antenas de apertura 100, circular, plana y sectorial para mitigar el multitrayecto y medir los ángulos de llegada y de salida, desde y hacia la misma, de transmisiones de radiofrecuencia y que comprende n antenas de apertura, n guías s ondas y n sectores; una antena por sector y que cubre 360° en un plano de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADA porque la agrupación de antenas 100 tiene una cobertura de 360 ° en un plano cuando es movida al menos por un servomotor 159. 4. - La agrupación de antenas de apertura 100, circular, plana y sectorial para mitigar el multitrayecto y medir los ángulos de llegada y de salida, desde y hacia la misma, de transmisiones de radiofrecuencia y que comprende n antenas de apertura, n guías s ondas y n sectores; una antena por sector y que cubre 360° en un plano de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADA porque la agrupación de antenas tiene una cobertura de 360 ° en dos planos cuando es movida por al menos dos servomotores 159 y 202 y en donde una estructura la sostiene. 5. - La agrupación de antenas de apertura 100, circular, plana y sectorial para mitigar el multitrayecto y medir los ángulos de llegada y de salida, desde y hacia la misma, de transmisiones de radiofrecuencia y que comprende n antenas de apertura, n guías s ondas y n sectores; una antena por sector y que cubre 360° en un plano de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADA porque la agrupación de antenas comprende antenas de apertura 101 a 112 que poseen guías ondas y en donde sus bocas miran hacia el exterior de la agrupación mientras sus gargantas y las guía ondas 121 a 132 miran hacia el centro adentro de la agrupación. 6. - La agrupación de antenas de apertura 100, circular, plana y sectorial para mitigar el multitrayecto y medir los ángulos de llegada y de salida, desde y hacia la misma, de transmisiones de radiofrecuencia y que comprende n antenas de apertura, n guías s ondas y n sectores; una antena por sector y que cubre 360° en un plano de acuerdo a la reivindicación 1 , CARACTERIZADA porque la prolongación de los ejes longitudinales de las antenas hacia el interior de la agrupación converge hacia el centro de la misma O. 7. - La agrupación de antenas de apertura 100, circular, plana y sectorial para mitigar el multitrayecto y medir los ángulos de llegada y de salida, desde y hacia la misma, de transmisiones de radiofrecuencia y que comprende n antenas de apertura, n guías s ondas y n sectores; una antena por sector y que cubre 360° en un plano de acuerdo a la reivindicación 1 , CARACTERIZADA por tener un tubo cuyo eje longitudinal intersecta al plano de simetría en el punto central de la agrupación O y que es perpendicular a dicho plano. 8. - La agrupación de antenas de apertura 100, circular, plana y sectorial para mitigar el multitrayecto y medir los ángulos de llegada y de salida, desde y hacia la misma, de transmisiones de radiofrecuencia y que comprende n antenas de apertura, n guías s ondas y n sectores; una antena por sector y que cubre 360° en un plano de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADA porque el tubo está unido a las partes traseras de las guías ondas cuya cavidad se prolonga hacia el interior del mismo a través de ranuras en su pared 146. 9. - La agrupación de antenas de apertura 100, circular, plana y sectorial para mitigar el multitrayecto y medir los ángulos de llegada y de salida, desde y hacia la misma, de transmisiones de radiofrecuencia y que comprende n antenas de apertura, n guías s ondas y n sectores; una antena por sector y que cubre 360° en un plano de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADA porque las ranuras en el tubo 146 se sitúan a su alrededor coincidiendo con cada una de las guías ondas 121 a 132. 10. - La agrupación de antenas de apertura 100, circular, plana y sectorial para mitigar el multitrayecto y medir los ángulos de llegada y de salida, desde y hacia la misma, de transmisiones de radiofrecuencia y que comprende n antenas de apertura, n guías s ondas y n sectores; una antena por sector y que cubre 360° en un plano de acuerdo a la reivindicación 1 , CARACTERIZADA porque dentro del tubo hay un émbolo 150 que rota sobre un eje central 155 que termina en un engranaje 156, que se conecta con un servomotor 159, a través de un segundo engranaje 157 y de un segundo eje 158 a un servomotor 159, donde el servomotor gira en función de la programación del microcontrolador 141. 11- La agrupación de antenas de apertura 100, circular, plana y sectorial para mitigar el multitrayecto y medir los ángulos de llegada y de salida, desde y hacia la misma, de transmisiones de radiofrecuencia y que comprende n antenas de apertura, n guías s ondas y n sectores; una antena por sector y que cubre 360° en un plano de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADA porque el émbolo 150 tiene una ranura 154 que coincide con todas y cada una de las ranuras dispuestas alrededor del tubo 146 al girar secuencialmente dentro de él. 12. - La agrupación de antenas de apertura 100, circular, plana y sectorial para mitigar el multitrayecto y medir los ángulos de llegada y de salida, desde y hacia la misma, de transmisiones de radiofrecuencia y que comprende n antenas de apertura, n guías s ondas y n sectores; una antena por sector y que cubre 360° en un plano de acuerdo a la reivindicación 1 , CARACTERIZADA porque dentro de émbolo 150 va un transceptor principal 140 que se comunica con transceptores secundarios de los TAGS , una batería y un microcontrolador 141 , en donde este último tiene programado la secuencia de giros del servomotor 159. 13. - La agrupación de antenas de apertura 100, circular, plana y sectorial para mitigar el multitrayecto y medir los ángulos de llegada y de salida, desde y hacia la misma, de transmisiones de radiofrecuencia y que comprende n antenas de apertura, n guías s ondas y n sectores; una antena por sector y que cubre 360° en un plano de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADA porque el transceptor 140 alimenta secuencialmente a las antenas transmisoras 101, 103, 105, 107, 109 y 111, a través de la vía propagación de ondas R.F. 14.- La agrupación de antenas de apertura 100, circular, plana y sectorial para mitigar el multitrayecto y medir los ángulos de llegada y de salida, desde y hacia la misma, de transmisiones de radiofrecuencia y que comprende n antenas de apertura, n guías s ondas y n sectores; una antena por sector y que cubre 360° en un plano de acuerdo a la reivindicación 1 , CARACTERIZADA porque la información acerca de la posición del o de los transpondedores de los TAGS 211 ubicados en el espacio topológico se refresca en función de la velocidad angular del pistón impulsado por el servomotor 159. 15.- La agrupación de antenas de apertura 100, circular, plana y sectorial para mitigar el multitrayecto y medir los ángulos de llegada y de salida, desde y hacia la misma, de transmisiones de radiofrecuencia y que comprende n antenas de apertura, n guías s ondas y n sectores; una antena por sector y que cubre 360° en un plano de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADA porque una más de las antenas están hechas de un material reflectante 101, 103, 105, 107, 109 y lll,mientras que las restantes están hechas de un material absorbente, 102, 104, 106, 108, 110 y 112. 16. - La agrupación de antenas de apertura 100, circular, plana y sectorial para mitigar el multitrayecto y medir los ángulos de llegada y de salida, desde y hacia la misma, de transmisiones de radiofrecuencia y que comprende n antenas de apertura, n guías s ondas y n sectores; una antena por sector y que cubre 360° en un plano de acuerdo a la reivindicación 1 , CARACTERIZADA porque las antenas reflectantes 101,103,105,107, 109 y 111 son utilizadas con el transceptor principal 140 durante las transmisiones de las radiobalizas 210, mientras que las absorbentes 102,104,106,107, 108 , 110 y 112, son utilizadas con el transceptor durante la recepción de señales de los TAGS 211 . 17. - La agrupación de antenas de apertura 100, circular, plana y sectorial para mitigar el multitrayecto y medir los ángulos de llegada y de salida, desde y hacia la misma, de transmisiones de radiofrecuencia y que comprende n antenas de apertura, n guías s ondas y n sectores; una antena por sector y que cubre 360° en un plano de acuerdo a la reivindicación 1 , CARACTERIZADA porque las antenas hechas con materiales reflectantes 101,103,105,107, 109 y 111 y absorbentes 102,104,106,107, 108 , 110 y 112 , respectivamente, se alternan en su ubicación dentro del arreglo. 18. - La agrupación de antenas de apertura 100, circular, plana y sectorial para mitigar el multitrayecto y medir los ángulos de llegada y de salida, desde y hacia la misma, de transmisiones de radiofrecuencia y que comprende n antenas de apertura, n guías s ondas y n sectores; una antena por sector y que cubre 360° en un plano de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADA porque cada una de las antenas de la agrupación 101 a 112, tiene un determinado ángulo de barrido, ya sea para transmisión o recepción, en donde la suma total es de 360 °. 19. - La agrupación de antenas de apertura 100, circular, plana y sectorial para mitigar el multitrayecto y medir los ángulos de llegada y de salida, desde y hacia la misma, de transmisiones de radiofrecuencia y que comprende n antenas de apertura, n guías s ondas y n sectores; una antena por sector y que cubre 360° en un plano de acuerdo a la reivindicación 1 , CARACTERIZADA porque a mayor número de antenas, menor ángulo de barrido por antena y mayor precisión para determinar los ángulos de llegada o de salida. 20.- Un sistema para determinar la presencia o ausencia de personas u objetos, por medio de una agrupación de antenas de apertura de acuerdo a todas las reivindicaciones anteriores, en un espacio topología) y a una hora en particular y en donde se entiende por ausencia el que no estén en una posición dentro de un espacio topológico o que carezcan de un atributo y en donde la agrupación de antenas 100 mide los ángulos de llegada y de salida de ondas de radiofrecuencia y en donde el sistema tiene por objeto hacer más eficiente la localización, el seguimiento, la detección y el control de acceso y que comprende los siguientes elementos: a. - Dos o más radiobalizas 210 que reciben o transmiten señales de radiofrecuencia, que están ubicadas dentro de un espacio topológico y que pueden determinar los ángulos de llegada de transmisiones provenientes de TAGS 211 adosados a personas y objetos en el entorno, así como también determinar los ángulos de las transmisiones hechas a los mismos y que comprende los siguientes elementos un transceptor principal 140 con una antena omnidireccional 142, un arreglo de antenas de apertura 100, un microcontrolador 141, una batería y la circuitería b. - Al menos un TAG 211 que está diseñado para ser adosado a personas u objetos que tengan uno o más atributos, que se ubiquen en el espacio antes indicado y a una hora determinada, lo cuales tienen; un transceptor secundario, que recibe y transmite señales identificativas con una antena omnidireccional , un microcontrolador, una batería y el circuito c- Una o más unidades de procesamiento 217, que procesen la captura de información, su interpretación y la presentación de la los resultados. Además de una o más estaciones de monitoreo 218 y dispositivos periféricos conectados a través de una red de área local inalámbrica 220 con múltiples protocolos de comunicación y con uno o más puntos de acceso 216; en donde el procesador 217 y las estaciones de trabajo 218 cuentan con sistema operativo, con un programa para crear bases de datos que permita almacenar huellas de las posiciones de los TAG, con un programa para administrar una red de área local con nodos móviles, con un programa que permita visualizar y cambiar la topología, con un programa que permita la sincronización los relojes en las red y de al menos un programa que comprenda las siguientes aplicaciones: - Administrar la red de microcontroladores; de las radiobalizas, de los TAGS 211 de los puntos de acceso a la red y del control de acceso, - Disponer de un algoritmo de cálculo, - Actualizar la hora de todos los elementos de la red de área local inalámbrica, - Crear usuarios y asignarles una identificación y códigos según sus atributos. d) Una memoria central para almacenar datos 219, para su acceso por un programa de aplicación ejecutado en un sistema de procesamiento de datos; que comprende una estructura de datos almacenada en la memoria; donde la estructura de datos incluye información residente en una base de datos usada por el programa de aplicación para varios propósitos, e) Uno o más microcontroladores 212 con actuadores 214; así como a elementos físicos de acceso tales motores, cerraduras eléctricas, puertas, barreras y otros 215, para el control de acceso, f) Uno o más detectores (221 y 222), para la detección de personas y objetos, 21.- Un método para localizar personas u objetos y/o hacerles seguimiento, dentro de un espacio topológico y hora determinados, por medio de una agrupación de antenas de antenas de apertura 100, de acuerdo a todas las reivindicaciones anteriores, que se ubican en dos o más radiobalizas 210, que miden ángulos de llegada y de salida de señales de RF y en donde las personas u objetos, con atributos determinados, tienen adosados TAGS 211 que son capaces de responder a una señal identificativa de las radiobalizas, con una señal que contiene su propia identidad, la hora y sus atributos y que comprende los siguientes actos y pasos: a) Haciendo el diseño físico y lógico de la red de área de área local inalámbrica 220 tomando en consideración la movilidad de algunos de sus elementos, con un programa que permita visualizar y cambiar la topología, b) Sincronizando los relojes de todos los elementos de la red inalámbrica, con un programa que permita sincronizar los relojes. c) Desarrollando un programa de administración del sistema que comprenda aplicaciones para crear o . cancelar usuarios, asignar identificaciones y códigos, definir tablas de atributos y códigos, asignar intervalos de transmisión y tiempos de refresco para la información de las presentaciones, asignar velocidades angulares de los servomotores 159 y por ende de los émbolos 150, establecer secuencias de activación de los elementos físicos del control de acceso y otras, d) Programando la totalidad de los microcontroladores del sistema, para que se puedan comunicarse en ambos sentidos, con otras unidades tales como microcontroladores, periféricos o con la unidad de procesamiento, en forma directa o a través de INTERNET mediante interfaces, e) Evaluando los requerimientos y haciendo el diseño lógico del sistema y desarrollando uno o más programas que capturen la información, la interpreten y la presenten, f) Programando los microcontroladores de las radiobalizas 210 de manera que hagan girar el servomotor 159 y por ende el émbolo 150 de la agrupación, a velocidades definidas por el administrador del sistema para refrescar la información, g) Programando los microcontroladores de las radiobalizas 210 de manera que puedan transmitir señales identificativas, secuencialmente y a intervalos de tiempo definidos por el administrador del sistema, registrando los ángulos de salida de las transmisiones hacia los TAGS 211 asociados a personas y objetos, h) Programando los microcontroladores de las radiobalizas 210 de manera que puedan recibir secuencialmente señales identificativas de respuesta de los TAGS 211 a intervalos de tiempo definidos por el administrador del sistema, registrando la identidad, los atributos, los ángulos y horas de llegada de las transmisiones hechas por los TAGS 211 asociados a personas y objetos, i) Programando, para efectos de detección, los microcontroladores de las radiobalizas 210 de manera que puedan transmitirle señales identificativas a personas y objetos y recibir rebotes de las mismas, en los sistemas mono estáticos, registrando los ángulos de salida y de rebote de dichas transmisiones así como de las horas respectivas, j) Programando los microcontroladores de los TAGS 211 de manera que reciban las identificativas de las transmisiones de las radiobalizas y registren las horas de llegada de éstas, k) Programando los microcontroladores de los TAGS 211 de manera que transmitan señales identificativas hacia las radiobalizas y registren las horas de salida de éstas, I) Programando los microcontroladores del control de acceso de manera que a través de los actuadores 214 activen los elementos físicos de éste 215, dependiendo de la identidad y atributos de personas y objetos en función de las instrucciones del administrador del sistema a través de la unidad de procesamiento 217, m) Programando los detectores (221 y 222) de personas y objetos , para que en los sistemas bi estáticos, los transceptores reciban las señales de las transmisiones y registren la identidad de la radiobaliza 210 y la hora de llegada de ésta, n) Almacenando en la memoria central, a través de los puntos de acceso a la red de área local inalámbrica, información que comprende identificación, ángulos de llegada y de salida de las radio balizas 210, horas y atributos de las personas y objetos, horas de activación de los elementos físicos del control de acceso y huellas de todas las posiciones dentro del espacio topologico, en función de los ángulos determinados por al menos dos radiobalizas, o) Desarrollando un programa computacional que incluya un algoritmo de cálculo que acceda a los datos de la memoria y a través de los mismos pueda determinar por triangulación la posición de personas u objetos dentro del espacio topologico a una determinada hora, 22. - El método de acuerdo a la reivindicación 21, en donde la localización y seguimiento de personas u objetos se hace utilizando TAGS 211 que reciben y responden señales identificativas de radiofrecuencias desde y hacia radiobalizas 210 y en donde estas últimas, mediante una agrupación de antenas de apertura 100, pueden determinar los ángulos de llegada y las horas de dichas transmisiones. Esta información es transmitida a la unidad de procesamiento, a través de los puntos de acceso a la red inalámbrica 220, para que al complementándola con la información de al menos una radiobaliza más y mediante un algoritmo de cálculo y la técnica de triangulación, se pueda determinar la localización de personas u objetos y hacerles seguimiento. 23. - El método de acuerdo a la reivindicación 21, en donde el control de acceso de personas u objetos se hace utilizando TAGS 211, que reciben y responden tanto señales identificativas de radiofrecuencia como señales de atributos desde y hacia radiobalizas 210 y de controles de acceso (213 a 215) y en donde las primeras pueden, a través de una agrupación de antenas de apertura 100, determinar los ángulos de salida y de llegada y las horas de dichas de dichas transmisiones y en donde los segundos pueden activar dispositivos de control de acceso ( 213 a 215) en función de la información que les proporcionan los TAGS 211 y la unidad de procesamiento 217. Esta información es transmitida a la unidad de procesamiento, a través de los puntos de acceso 216 a la red inalámbrica 220, para que al complementándola con la información de al menos una radiobaliza 210 más y mediante un algoritmo de cálculo y la técnica de triangulación, se pueda determinar la localización de personas u objetos y permitirles el acceso a un lugar determinado. 24. - El método de acuerdo a la reivindicación 21, en donde la detección de personas en un sistema bi- estático se hace a través radiobalizas 210 y de detectores (221 y 222), que comprenden un transceptor y un microcontrolador, que reciben y transmiten señales identificativas a través de radiofrecuencias y en donde las primeras , mediante una agrupación de antenas de apertura 100, pueden determinar los ángulos de salida y ias horas de sus transmisiones y en donde los detectores las reciben a una hora dada y se las transmiten a la unidad de procesamiento 217 y en donde el algoritmo de cálculo supone que hay una persona u objeto en una dirección determinada cuando la transmisión de la radiobaliza no le llega al detector a una hora en particular y en donde esta información se complementa con la de al menos otra radiobaliza 210 para determinar la presencia de personas u objetos en una posición. 25. - El método de acuerdo a la reivindicación 21, en donde la detección de personas en un sistema mono-estático se hace a través radiobalizas 210 que reciben y transmiten señales identificativas de radiofrecuencia y en donde éstas, mediante una agrupación de antenas de apertura 100, pueden determinar los ángulos de salida y las horas de sus transmisiones así como los ángulos de llegada con las horas de los rebotes de las mismas en personas y objetos y en donde las radiobalizas 210 pueden transmitir esta información a la unidad de procesamiento 217 y en donde esta última la complementa con la información de al menos otra radiobaliza para establecer la presencia de personas u objetos. |
SECTOR TÉCNICO
Esta invención está relacionada con las comunicaciones inalámbricas, con las antenas y en especial con las agrupaciones antenas de apertura y con la técnica de triangulación. En su aplicación está relacionada con los sistemas de localización, seguimiento, detección y de control de acceso de personas y objetos móviles. Clasificación Internacional G08B 1/08, G08B 5/22, H01Q 3/00 y H01Q 3/02.
DESCRIPCION DEL ARTE PREVIO
La localización y el seguimiento de personas y objetos móviles en exteriores, a través de los sistemas de posicionamiento global es óptima, sin embargo tiene restricciones técnicas para su utilización en urbes con edificaciones altas, así como en espacios interiores, ya que se atenúan las señales satelitales de los GPS, por lo que se han investigado mucho la utilización de técnicas alternativas que solucionen esta carencia.
No obstante lo anterior a la fecha no existe ninguna tecnología que reúna las siguientes características:
Posibilidad de utilizarla sin de requerir el apoyo de otras,
Tener bajo costo de instalación y de mantención,
Operar eficientemente en distintas condiciones ambientales,
Precisión en cuanto a la posición; a modo de ejemplo menos de 1 metro.
La mayoría de las tecnologías empleadas en los sistemas de localización se basan en el empleo de ondas electromagnéticas (E. .), en especial de radiofrecuencias (R.F.) y en algunos casos en ondas de ultrasonido (U.S.).
En esta presentación se divulga un arreglo de antenas de apertura, un método y un sistema que tienen por objeto corregir las limitaciones antes mencionadas y hace una revisión de las tecnologías previas así como de los principios y fundamentos teóricos que la sustentan.
La Tesis doctoral "Indoor Positioning Technologies" de R. Mautz, 2012, contiene una revisión de las trece tecnologías más utilizadas a la fecha, describiendo y analizando los conceptos relativos a las mismas. Además determina y compara los parámetros de medición en esas tecnologías.
Por otra parte en la Disertación doctoral "Active Microwave Tagging Systems de M. Kossel, 2000, se hace una detallada explicación de los diferentes sistemas RFID y de identificación mediante TAGS. Dentro de las aplicaciones que tienen estos sistemas, que emplean transmisores y receptores de R.F., está la identificación de personas y objetos móviles
En la patente U.S. N° 6.421.000 Bl se describe un método y un aparato con un arreglo de antenas, para mitigar las distorsiones del multitrayecto, ya que es el factor más limitante para el empleo de las ondas R.F. en los sistemas de localización. La agrupación de antenas se utiliza para discriminar entre una señal deseada de RF y las restantes componentes del multitrayecto, basándose en los ángulos de llegada. En la publicación " Determining RF Angle of Arrival Using COTS Antenna Arrays; A Field Evaluation" de los autores Hsieh-Chung Chen et al ( 2012), se señala que la técnica del Ángulo de Llegada o (AoA) es de especial utilidad para los sistemas de localización basados en radiofrecuencia y que generalmente se emplea con agrupaciones de antenas en fase, en las cuales la diferencia de fase entre las distintas antenas de la misma, permite determinar la dirección de incidencia de la señal.
En la publicación "Review of Radar Absorbing Materials" del autor P. Saville (2005), se hace una descripción detallada de los métodos y materiales utilizados para reducir la reflexión de microondas y en la patente de U.S. N° 2015/0042502 Al se describe un absorbente de ondas E.M. compuesto de varias capas combinando distintos materiales.
En la solicitud PCT WO 2013/144410 Al se describe un material compuesto de varias capas, el cual al aplicarlo es capaz de reducir sustancialmente la radiación E.M. reflejada por una superficie, al compararla con la radiaciones E.M. incidentes sobre ella.
En la patente de U.S. N°7,948,446 B2 se emula una antena isotrópica; una antena isotrópica es una antena teórica que irradia igual cantidad de energía en todas las direcciones, mediante una agrupación de antenas que consta de tres dipolos que comparten una misma cubierta, en donde el transceptor se alimenta a través de un cable coaxial y en donde el transceptor puede recibir y enviar señales de radiofrecuencia en cualquier dirección o plano.
En la patente de U.S. N' 8,983,420 B2 se describe una agrupación circular de antenas con el objeto de reducir la interferencia de una fuente radiante en movimiento. La agrupación de antenas comprende un receptor y varios elementos agrupados en forma plana.
En la Tesis de grado de Magister "Designing of a Small Weareable Conformal Phased Array Antenna for Wireless Communications "de S. Roy, 2012, se muestra el diseño de una agrupación de antenas en fase; que corresponde a un conjunto de antenas en donde las fases relativas con las que se alimenta cada antena se cambian con el objeto de alterar el diagrama de radiación del conjunto.
Por otra parte en el documento "Multipath mitigation through cylindrical microstrip phased array antenna", de los autores D. Mastela et al (2006) se señala que los sistemas de seguimiento basados en microondas son muy vulnerables al multitrayecto, lo que lleva a fuertes distorsiones en las estimaciones de posición. Para mejorar las mediciones de Tiempo de Vuelo (ToF) en ambientes con multitrayecto severo los autores construyeron un prototipo.
En la patente de U.S. N° 6,864,853 B2 se describen los conceptos de antenas direccionales y omnidireccionales. En la que también se presenta una estructura con una variedad de antenas, configuradas y orientadas de tal manera que permitan lograr una cobertura direccional y omnidireccional.
En la patente de U.S. N° 3,482,251 se describe una agrupación de antenas bocinas , compuesta de una cónica rodeada por cuatro cuadradas adyacentes y un transceptor central que se usa para seguimiento. Las bocinas son muy utilizadas por tener una alta directividad, ganancia y eficiencia, ancho de banda amplio y son fáciles y económicas de construir. En la publicación "Antenas tipo bocina" de los autores J. Patiño et al (2011), se describe el diseño de las mismas y se muestra su patrón de radiación.
En la patente de U.S. N° 3,445,852 se divulga el diseño de una antena para recibir o transmitir microondas que posee una guía de ondas. Se describe una guía de ondas con una forma geométrica - ahusada, que afecta la cantidad de energía que pasa a través de la misma. El Sistema de Localización Ultrasónico 3D Bat, descrito por R. Harle y A. Beresford (2002), se basa en la técnica de trilateración y en la diferencia de tiempo en la llegada (TDoA). Comprende TAGS adosados a personas u objetos móviles que tienen un transmisor de ultrasonido y además un transceptor R.F. de 433 MHz. Cada TAG tiene una identificación con un largo de 48 bits y hay una red de sensores ubicados en distintas ubicaciones que también cuentan con transceptores. El sistema es preciso pero es muy sensible al multitrayecto, así como a las interferencias que alteran la calidad de la señal (ej. atenuaciones).
Por otra parte el Sistema de Localización Cricket, descrito por Priyantha (2005), es un sistema de localización utilizado de preferencia en lugares cerrados que también se basa en la trilateración y en la diferencia del tiempo de llegada. La arquitectura del Sistema Cricket está compuesta por radiobalizas, fijas y acticas, quetienen un transceptor de R.F., un microcontrolador y un transceptor de ultrasonido y a TAGS de escucha pasivos adosados a las personas u objetos a los que se quiere localizar.
Las ventajas del Cricket son la privacidad, ya que solo el portador del dispositivo de escucha puede o no revelar su posición, la facilidad del sistema para escalar en tamaño, la facilidad de instalación y el hecho que se puede usar una gran cantidad de dispositivos de escucha, ya que estos operan de manera pasiva.
Entre las desventajas está el hecho que las señales de ultrasonido no tienen identificación y que poseen una alta reflexión lo que da origen a rebotes y a estimaciones de distancia erróneas, aun con el uso de algoritmos de inferencia. Además hay limitaciones para utilizarlos en lugares pequeños, ya que las diferencias en el tiempo de llegada entre las R.F. y las ondas de U.S. tienden a desaparecer.
En la patente de U.S. N° 7.038.584 B2 se divulga un sistema para el seguimiento de una persona u objeto en movimiento dentro de un espacio interior, que tiene un conjunto de radiobalizas fijas, las cuales transmiten una señal con un código de identificación y al menos un transceptor RF, adosado al objeto móvil, que recibe la señal de las radiobalizas y determina sus intensidades. El objeto móvil lleva además del transceptor un sensor de movimiento y con la información proveniente de ambos un computador determina la posición.
En la patente U.S. N° 5.920.261 se divulga un sistema que tiene por objeto planificar, visualizar, seguir y analizar objetos físicos como mercadería en una tienda, en donde se adosa un transpondedor a cada objeto y en donde cada transpondedor es interrogado periódicamente por un transmisor.
El document "Intrusión Detection Systems and Subsystems" of the U.S. Nuclear Regulatory Commission, 2010, proporciona información relativa al diseño, instalación, prueba, mantenimiento y monitoreo de sistemas y subsistemas de detección de intrusos utilizados para la protección de instalaciones.
La U.S. Patent N° 3.691.558 describe un sistema para la detección de objetos móviles dentro de una zona irradiada y para activar una alarma en el evento que se detecte la presencia humana, que comprende uno o más transceptores distribuidos en las zonas a proteger.
La patente de U.S. N° 8.159.364 B2 divulga un sistema para proveer de energía en forma inalámbrica a equipos eléctricos o electrónicos, mediante microondas. La electricidad de la red produce un campo magnético que vía microondas se puede dirigir hacia una determinada ubicación, en respuesta a una señal del receptor ubicado en el equipo, a través de una antena reflectora y uno o más transceptores.
En la patente internacional publicada con el N° WO 92/08105 se divulga una innovación para la localización en que se emplea el concepto de atenuación, que fue diseñada para obtener las distancias horizontales a un satélite GPS, obtener la posición de objetos que no están al alcance de los satélites y determinar su propia posición. En términos generales el instrumento está compuesto de un trípode y un nivel, una barra central que nace del trípode, sobre el cual van montados un receptor con su respectiva antena, para indicar la intensidad de la señal del satélite GPS. Además posee de una mira fija orientable, un disco graduado, un _ procesador, una delgada ala con material atenuador o reflector que hacen variar la intensidad de la señal del satélite, un motor con un sensor rotacional que hace girar el ala en torno al centro del disco.
DESCRIPCIÓN GENERAL
La localización, el seguimiento, la detección y el control de acceso pueden ser más eficientes usando agrupaciones de antenas como las de la presente invención. Determinar la posición de personas y objetos tiene muchas aplicaciones tales como mejorar la seguridad, disminuir los riesgos y otros, lo que en general lleva a aumentar los ingresos y a disminuir los costos de personas y empresas.
Los sistemas de localización determinan la posición de personas u objetos utilizando radiofrecuencias, campos magnéticos, señales acústicas u otros métodos de recolección de información, pero el problema es que la Rf es muy sensible a los efectos negativos del multitrayecto.
Esta invención mitiga los efectos del multitrayecto; que es el fenómeno de propagación que provoca que las señales de radiofrecuencia emitidas por un transmisor le lleguen al receptor por más de una camino y que se deben a la reflexión, a la refracción y a la difracción de las ondas E.M en personas, objetos y en general a obstáculos y a las desviaciones en las capas de la atmosfera. Cada uno de estos
Esta invención se basa en el diseño geométrico de la agrupación y en el material de fabricación de esta para mitigar o anular los efectos negativos del multitrayecto; en efecto la distribución circular del mismo con la posibilidad de transmitir o recibir señales en forma sectorial y en 360°, en uno o dos planos, mejora la calidad de la comunicación y permite tener una línea de visión despejada entre el transmisor y el receptor. Sin embargo esta invención requiere ser usada preferentemente con microondas, aunque no en forma excluyeme, ya que esas frecuencias son utilizadas en enlaces punto a punto con radiaciones direccionales.
En resumen esta invención corresponde a una agrupación circular, plana y sectorial de antenas de apertura en especial de bocina, ya sea piramidales, de plano E, de plano H, cónicas y exponenciales, lisas y corrugadas que se destacan por su eficiencia, directividad y ganancia. La agrupación tiene n antenas y n sectores (una antena por sector) y cubre los 360° de un plano (ID).
Las antenas de apertura son aquellas que utilizan superficies o aperturas para direccionar el haz electromagnético de forma de concentrar la emisión y recepción de su sistema radiante en una dirección y en donde la excitación de las antenas se logra a través de la propagación de ondas y no de una línea de transmisión. Las antenas de apertura se utilizan de preferencia con frecuencias - microondas.
Las antenas de bocina son guías ondas que transportan energía de radiofrecuencia desde un punto a otro y en las cuales el área de la sección transversal se va incrementando progresivamente, lo que se conoce por abocinamiento, a partir de una guía onda rectangular o circular hacia el extremo abierto o boca de la bocina. Estas antenas de bocina son muy utilizadas por su eficiencia, su alta ganancia y directividad y por la facilidad para construirlas. Las antenas de bocina de la agrupación de antenas de esta invención se distribuyen en forma radial, con aperturas hacia el exterior y las gargantas y guías hacia el interior, desplegadas sobre un plano simétrico y en donde los ejes longitudinales de las bocinas pertenecen a dicho plano y convergen hacia el interior de la misma, en el punto central de la agrupación y en donde las aperturas de las antenas se encuentran inscritas en un círculo imaginario que marca el límite exterior de la agrupación.
La principal características de la agrupación de antenas que se describe en esta invención es que las bocinas y guía hondas están hechas de distinto materiales y que se alternan dentro de la agrupación. Hay antenas transmisoras o interrogadores hechas de un material reflectante como el metal y otras receptoras hechas de un material alta o totalmente absorbente.
Las antenas transmisoras cumplen con la función tradicional, haciendo de manera versátil el direccionamiento de haz de ondas electromagnéticas hacia un TAG o punto determinado. La forma y el material de las receptoras permite calcular con precisión la dirección de llegada de la señal, Ángulo de Llegada, ya que solo aquellas que correspondan a la línea de visión o que sean paralelas próximas a la misma, accederán al transceptor. Las señales que provengan de otros ángulos y que difieran de la línea de visión son atenuadas por el material absorbente de las bocinas.
El material absorbente de la antena permite atenuar las ondas R.F. de tal forma que se mitigue o anule el efecto multitrayecto. La atenuación corresponde al efecto de como una onda E.M que se propaga por un medio disminuye su intensidad. La potencia de la onda decae exponencialmente con la distancia y con el valor de la constante de atenuación del material.
Los absorbentes son utilizados en una amplia gama de aplicaciones para evitar radiaciones que interfieran con la operación de un sistema y se caracterizan por su permitividad eléctrica y su permeabilidad magnética. En muchos absorbentes ambas características , permitividad y permeabilidad, pueden ser afectadas por la frecuencia de las ondas electromagnéticas.
Los principales métodos de localización son las siguientes:
- Distancias y ángulos: Se miden distancias y ángulos con respecto a puntos de referencia para determinar la posición de una persona u objeto por trilateración (distancias) o triangulación (ángulo de llegada AoA).
- Característica de la señal: La posición de una persona u objeto se determina midiendo la intensidad de llegada de una señal de RF desde distintos puntos de referencia (RSSI). Solo se mide la intensidad de la señal, ya que la calidad depende del ruido.
En relación al primero de los métodos hay cuatro técnicas para medir distancias de un objeto a un punto de referencia; Tiempo de Vuelo o (ToF), tiempo total de vuelo (RTT), diferencia en el tiempo de tiempo de llegada (TDoA) y procesamiento de imágenes. Sin embargo todas éstas, a excepción de la última, dependen de la intensidad de la señal y por ende son sensibles a los efectos negativos del multitrayecto.
El método de localización de esta divulgación considera la medición de ángulos (AoA), o sea la triangulación, lo que es posible de hacer con antenas altamente direccionales como las que se emplea en esta invención. La técnica del Ángulo de llegada (AoA) tiene la ventaja de ser más estable que la intensidad de la señal, pero la desventaja que solo con agrupaciones de antenas se puede determinar la posición con precisión, a diferencia de los que se basan en la medición de distancias. Sin embargo el problema es que las agrupaciones de antenas, entre ellas las agrupaciones de antenas en fase, son costosas y complejas de construir. Las agrupaciones de antenas en fase, son un conjunto de antenas en el cual las fases relativas con las que se alimenta cada antena se varían intencionalmente con el objeto de alterar el diagrama de radiación del conjunto; cualquier sistema de antenas que transmita o reciba señales tiene dos característica; la amplitud y la fase.
Las agrupaciones de antenas en fase son difíciles de construir, ya que requieren de una buena coordinación entre los elementos de la misma para así poder detectar las diferencias de fase. Además las agrupaciones de antenas tienen configuraciones con muchos elementos fijos lo que las hace inflexibles en cuanto a su utilización en distintos lugares y ambientes. Adicionalmente algunos de los sistemas de seguimiento basados en agrupaciones de antenas en fase se basan en el uso de la técnica de intensidad de la señal, la que tiene grandes limitaciones debido a los problemas de multitrayecto, especialmente en espacios interiores.
Para esta invención se optó por una agrupación de antenas basada en la geometría y en los materiales, ya que las en fase tienen restricciones tales como la cobertura, los costos, con la circuitería y sus elementos y en especial con el multitrayecto. Se ha demostrado que las señales que son distorsionadas por ese efecto deterioran las estimaciones de posición. La agrupación de antenas que se describe es de bajo costo, fácil de construir y versátil en cuanto a sus posibilidades de ubicación.
En relación a la detección de personas y objetivos es conveniente señalar que los sensores de microondas son dispositivos de detección que transmiten en forma permanente una señal y al mismo tiempo están recibiendo la señal reflejada por los objetos, paredes y otros. Si hay un movimiento de los objetos o personas la señal recibida cambiará levemente su frecuencia (efecto Doppler). Hay dos configuraciones básicas:
Biestáticas: Comprenden un transmisor y en un receptor ubicados en un perímetro dado.
Monoestática: Comprenden un transceptor.
Finalmente se debe mencionar que el arreglo de antenas de apertura de la presente invención forma parte de una radiobaliza que además comprende un microcontrolador, un transceptor principal con una antena omnidireccional, la cual es parte integrante de este sistema de localización, seguimiento, detección y control de acceso.
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Figura 1 muestra una representación gráfica del multitrayecto, así como de la factibilidad de reducir sus efectos negativos utilizando antenas con un diseño geométrico que lo mitigue.
Figura 2 muestra una vista en planta de la agrupación 2-A; circular, plana y sectorial de antenas de esta invención, con n sectores y que cubre los 360 ° de un plano ID y en donde las antenas se diferencian en su material de fabricación, las transmisoras son claras 101, 103,105, 107, 109 y 111 y las receptoras oscuras 102, 104, 106, 108, 110 y 112. Además se muestra un detalle del tubo 145 que ocupa el centro de la agrupación 2-B.
Figura 3 muestra una vista frontal en corte de la agrupación 3-A, circular, plana y sectorial de antenas de la Figura 2. Además se muestra un detalle del émbolo 150 que va dentro del tubo 145 que ocupa el centro de la agrupación 3-B. Figura 4 muestra una vista en planta 4-A y frontal 4-C, de la agrupación, circular, plana y sectorial de antenas, con n sectores y que cubre los 360° en dos planos 2-D, de una segunda versión preferida en donde se gráfica la diferencia en materiales de ambos tipos de antenas de bocina, transmisoras y receptoras. Además en la Figura 4-B se puede ver un detalle del mecanismo que permite girar la agrupación en los sentidos vertical y horizontal.
Figura 5 muestra una grupo de radiobalizas comunicadas con los TAGS 211, con los puntos de acceso 216 a la red inalámbrica 220, con los controles de acceso 211 a 215 y a través de los detectores 221 y 222 .
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La agrupación de antenas de apertura tiene entre sus objetivos aminorar el multitrayecto que se gráfica en la Figura 1, se basa en una agrupación de antenas de apertura, que opera principalmente en función de su diseño geométrico y de los materiales utilizados en su fabricación y que se ubica en radiobalizas que además comprenden; un transceptor principal con una antena omnidireccional, un microcontrolador y una batería. La agrupación de antenas está compuesta de antenas de apertura en especial de las de bocina; de plano E, de plano H, cónicas, exponenciales y piramidales y en donde estas , última se utilizan a modo de ejemplo en esta divulgación.
En la materialización preferida la agrupación de antenas de bocina corresponde a una del tipo circular, plana y sectorial, en donde las antenas se ubican de manera radial, tal como se puede apreciar en las figuras 2-A y 3-A. Las bocinas junto a sus respectivas guías ondas se despliegan sobre un plano de simetría horizontal y en donde la cantidad de antenas que se muestra en estas figuras, 12 elementos, es solo un ejemplo, ya que tal como se mencionó pueden ser n antenas por agrupación.
La agrupación comprenden antenas, en este ejemplo de la 101 a la 112 donde cada una de éstas cubre cada uno de los n sectores o ángulos, respectivamente y en donde la cobertura total del conjunto es 360° en ID. Alternativamente se pueden construir agrupaciones que trabajen con coberturas menores tales como cuadrantes de 90 ° o semicírculos de 180 °, dependiendo de los requerimientos. Si el número de elementos aumenta (n), menor es el tamaño del sector cubierto por cada una de las antenas (ángulos).
En el centro de la agrupación de antenas de bocina hay un tubo 145 cuya sección transversal central pertenece al plano de simetría de la agrupación y cuyo eje longitudinal es perpendicular al mismo. El lugar geométrico en donde se intersectan el plano de simetría con el eje longitudinal del tubo corresponde al punto central de la agrupación O en la Figura 2-A. Además cada una de las n antenas se asocia con n planos de simetría verticales que son perpendiculares al plano de simetría de la agrupación; la intersección de todos ellos es una recta que pasa por el centro O de la agrupación y que coincide con el eje longitudinal del tubo.
Dentro de la agrupación las antenas se distribuyen utilizando como referencia tres círculos imaginarios y uno real, todos concéntricos al punto central y que pertenecen al plano de simetría de la agrupación y cuyas características se describen a continuación:
El círculo imaginario de mayor radio, cumplen entre otras condiciones las siguientes; pertenecer al plano de simetría de la agrupación e intersectar los trazos verticales (HE) y (KL) , que son perpendiculares a este. En el segundo círculo imaginario de menor radio se cumplen entre otras dos condiciones siguientes; pertenecer al plano de simetría de la agrupación e intersectar los trazos verticales (GD) y (JM); que son perpendiculares al primero y que marcan la unión entre las gargantas de las bocinas y las guías ondas.
En el menor de los tres círculos imaginarios se cumplen al menos las dos condiciones siguientes; pertenecer al plano de simetría de la agrupación e intersectar los trazos verticales (FC) e (IN), perpendiculares al primero y que también marcan la sección transversal de la antena donde termina la guía onda. El último círculo es el lugar geométrico donde el borde externo del tubo 145 intersecta el plano de simetría.
Como se puede ver en las Figuras 2-A y 3-A la agrupación de antenas de esta invención está compuesta por n antenas de bocina piramidales 101 a 112; más abajo es posible ver, solo a modo de ejemplo, los parámetros relevantes en este tipo de antena, ya que cualquier bocina, sirve para los efectos de la presente invención; es decir antenas de plano E, de plano H, cónicas y exponenciales. Además de las n guías ondas rectangulares correspondientes 121 al 132 relacionadas con cada una de las antenas y por un transceptor principal, un microcontrolador y una batería, todos ellos ubicados en el centro de la agrupación y que reciben y envían señales a TAGS 211 ubicados fuera de la agrupación. En términos generales las antenas piramidales tienen el siguiente diseño:
ANTENA DE BOCINA PIRAMIDAL
El componente del campo eléctrico es:
¾ = -i-.— [ίφ + ί?Λ¾]
[L„ - ηΝ φ )
Anr
[cos (cos0 + T)h ] La directividad es:
Una de las principales características de la agrupación de antenas de la presente invención es que hay una diferencia en el material del que están hechas las mismas, tal como se puede ver en las figuras 2-A y 3-A; mientras que las claras representan un material total o altamente reflectante como el metal 101, 103, 105, 107, 109 y 111 , las oscuras representan un material total o altamente absorbente 102, 104, 106, 108, 110 y 112 y en donde ambos tipos de antenas se alternan sectorialmente dentro de la agrupación de antenas y en donde las antenas reflectantes son solo interrogadoras (de los TAGS) o transmisoras de señales de radiofrecuencia mientras que las antenas absorbentes son receptoras de las transmisiones de los TAGS 211.
La elección del material absorbente se hace en base a su permitividad relativa o constante dieléctrica, a la permeabilidad magnética relativa del mismo y a la radiofrecuencia de trabajo; las ecuaciones para determinarlas se indican a continuación:
Permitividad:
¡E| = -
4ne 0 R 2
10 " ' 2 [Farads/meíer]
Ecuación 1; donde ε ο corresponde a la permitividad del vacío.
|E| = *
4m r e 0 R 2 4πεΚ 2
Ecuación 2: donde E r es la permitividad relativa o constante dieléctrica. ε—€ r 6 0
Ecuación 3: La permitividad de un material se expresa como el producto de la constante dieléctrica y la permitividad del vacío., donde e r siempre es > 1.
Permeabilidad:
B = μΆ
Ecuación 1: Permeabilidad se denota por μ y se expresa en henrios/metro. Donde μο es la permeabilidad en el vacío. μ 0 = 4πΊ0 -7 [H/m]
Ecuación 2: Es la fórmula de permeabilidad del vacío.
Ecuación 3: La permeabilidad de un material μ se representa en términos de su permeabilidad relativa μΓ que relaciona la permeabilidad del medio con respecto a la del vació.
Retomando el diseño geométrico de la agrupación en la Figura 2-A se puede apreciar que la parte - posterior de la bocas rectangulares de las guías ondas terminan en el tubo 145, a la vez que la cavidad de las mismas se prolonga hacia el interior del tubo mediante una ranura en su pared. La ranuras en el tubo son la proyección de la sección transversal de la guía ondas en las paredes del tubo. En resumen todas las bocas interiores de todas las guías ondas coinciden con todas las ranuras que están situadas alrededor del tubo. Un detalle de importancia para el ajuste de las guías ondas con el tubo, es que las paredes horizontales, paralelas al plano de simetría, de las bocas posteriores de las guías ondas sean cóncavas, como se aprecia en la Figura 2-C, para que ajusten con la pared convexa del tubo 145.
Dentro del tubo y en el centro de la agrupación hay un émbolo 150 metálico que rota sobre un eje central 155 y que está formado por un segundo tubo metálico y dos tapas metálicas de igual material, una superior 152 y una inferior 153, ambas selladas, en cuyo interior hay un transpondedor principal 140 con un microcontrolador 141, una antena omnidireccional 142 y una batería que los alimenta. La radio frecuencia de operación de todos los transceptores, tanto de la balizas, como de los TAG, de los puntos de acceso a la red y del control de acceso, que forman parte de este sistema podrán ser de microondas, aunque no de manera excluyente, ya que son las más apropiadas para radioenlaces con líneas de visión y antenas de bocina.
El émbolo 150 está hecho de metal, ya que de lo contrario, durante la transmisión, absorbería parcial 0 - totalmente las ondas con que se tiene que alimentar las antenas de bocina reflectantes o interrogadoras. Durante la transmisión la ranura 154 del émbolo 150, que está girando, debe coincidir secuencialmente con cada una de las ranuras situadas alrededor del tubo 146 y que están asociadas a una bocina metálica en particular; funcionalmente el émbolo pasa a ser parte de la guía onda correspondiente, aunque las discontinuidades entre los distintos elementos metálicos (émbolo, tubo y guía onda), alteran la propagación de la onda.
Durante la recepción de señales la ranura 154 del émbolo 150 debe coincidir con las aberturas situadas alrededor del tubo 146 asociada a alguna de las bocinas absorbentes 102,104,106,108,110 y 112. El pistón esta hecho de metálico pero la reflexión en su interior es baja, ya que las ondas son atenuadas por el material absorbente o anuladas por la disposición angular de las bocinas.
Un elemento importante, es el tamaño de las bocinas absorbentes 102, 104, 106, 108, 110 y 112, ya que a mayor tamaño, mayor es la superficie de abocinamiento y de la superficie de absorción y mayor es la atenuación de las ondas E.M. que no coincidan con las líneas de visión. Además hay un intercambio entre el tamaño de la antena y la precisión de la agrupación en la medición de ángulos; a mayor número de bocinas mayor precisión. En la parte baja del embolo 150 hay una barra cilindrica 155 que permite su rotación y cuyo eje longitudinal es perpendicular al plano de simetría de la agrupación y coincide con el eje longitudinal de tubo 145 y pasa por el punto central de la agrupación. En su extremo inferior esta barra tiene un engranaje 156 paralelo al plano de simetría de la agrupación, a través del cual y de un segundo engranaje 157 y de un segundo eje 158, el embolo 150 se conecta con un servomotor con encoder 159, que lo hace girar en 360°, en función a la programación del microcontrolador 141.
En definitiva cuando el émbolo 150 rota sobre su eje 155, la ranura que este posee 154, coincide secuencialmente con cada una de las aperturas del tubo central 145 y a través de ellas coincide con todas las guías ondas y a través de éstas con todas las antenas, transmisoras o receptoras. Al respecto es importante evitar la filtración de ondas de R.F. entre la ranuras del émbolo (154) y del tubo 146 para evitar la exposición de las restantes antenas.
Durante la transmisión el transpondedor 140, el microcontrolador 141, la antena omnidireccional y la batería giran dentro del émbolo en 360° deteniéndose en forma secuencial y programada según las señales del microcontrolador, en las antenas reflectantes, para sí transmitirles señales a los TAGS. Durante la recepción el embolo 150 también rota en 360 ° deteniéndose en las antenas absorbentes para recibir las señales de los TAGS 211. El diseño geométrico de la presente invención permite que a partir de una antena omnidireccional, que irradia en todo sentido se pueda irradiar en una sola dirección, aprovechando las ventajas que tienen las antenas de bocina al respecto.
Cubriendo el tubo central, las guías ondas y parcialmente las bocinas hay una tapa circular 160 paralela al plano de simetría de la agrupación que une al conjunto de antenas y cuyo punto central pertenece al eje longitudinal del tubo. Por debajo de la agrupación hay una segunda tapa circular 161 que también cubre las guías ondas y parcialmente las antenas pero que a diferencia de la tapa superior tiene una abertura en el centro que deja pasar el tubo 145 con el objeto que este se prolongue hacia la parte inferior de la agrupación.
Una segunda materialización preferida, Figura 4, 201, es aquella en que la agrupación de antenas tiene el mismo tipo de elementos y ia misma geometría y componentes, pero su plano de simetría es perpendicular al descrito anteriormente. La ventaja de esta versión es que permite una cobertura de 360° en dos planos, ya que utilizando un par de servomotores 159 y 202 y una estructura, se logran giros en el sentido vertical y horizontal, que emulan la cobertura de los sectores de una esfera.
El centro de esta segunda materialización preferida 201 lo ocupa un tubo 145 perpendicular al plano de simetría de la misma, cerrado en ambos lados, en cuyo interior se ubica un émbolo cerrado 150, compuesto de un tubo y dos tapas, en donde los ejes longitudinales del tubo y del émbolo son coincidentes. El émbolo tiene dos semiejes 155, que se unen con el émbolo por el lado exterior de las tapas y cuyos ejes longitudinales coinciden con los del tubo y del émbolo. El tubo tiene en su alrededor ranuras coincidentes con las secciones transversales de las guías de onda de la agrupación 146 y en donde el émbolo tiene una sola ranura 154.
El émbolo se conecta con un servomotor 159 a través de un engranaje 156 que tiene uno de los semiejes y de un segundo engranaje 157 que tiene el eje del servomotor 158. Este servomotor mueve la agrupación en sentido vertical tal y como se aprecia en la Figuras 4-B y 4-C en función de las señales del microcontrolador. Un segundo servomotor también conectado a la estructura que sostiene a la agrupación de antenas permite que ésta se mueva en sentido horizontal y donde entre ambos servomotores se puede emular la cobertura sectorial de una esfera. En resumen el sistema correspondiente a esta invención comprende cuatro componentes; el mecánico, el electrónico, el de comunicaciones y una unidad de procesamiento. El componente mecánico posee un servomotor 159, un par de ejes 155 y 158, un par engranajes 156 y 157, un tubo 145 y un émbolo 150 y en donde el componente mecánico se relaciona con el electrónico y el de comunicaciones, mediante un microcontrolador 141 y un transpondedor principal 140, respectivamente, que se ubican dentro del émbolo 150 y con la unidad de procesamiento a través de ambos y de los transceptores de los puntos de acceso 216 a la red de área local inalámbrica 220.
El componente de comunicaciones comprende el transceptor principal 140 de las radiobalizas, los transceptores secundarios de los TAGS 211, la antena omnidireccional 142, los transceptores de los puntos de acceso a la red inalámbrica 216, los transceptores del control de acceso 212, los transceptores para la detección tipo bi-estática 222, la agrupación de antenas de bocina 101 a 112 y sus guías ondas correspondientes 121 a 132. Donde el componente de comunicaciones se relaciona con el mecánico a través del transceptor principal 140 ubicado dentro del émbolo 150 y que es movido por el servomotor 159, con el componente electrónico a través del microcontrolador 141 con que se conecta directamente y con todos los microcontroladores restantes en forma inalámbrica y con la unidad de procesamiento a través de los puntos de acceso a la red 217.
El componente electrónico comprende los microcontroladores 141 de las radiobalizas 210, los de los TAGS 211 y los del control de acceso donde todos se relacionan entre sí y con la unidad de procesamiento 217 en forma inalámbrica a través de los transpondedores principales de las radiobalizas 140 , los secundarios de los TAGS 211 y los del control de acceso 213 ; con el componente mecánico se relaciona a través del servomotor 159 y con la unidad de procesamiento de datos 217 a través de los puntos de acceso 216 de la red de área local inalámbrica 220 en una comunicación de dos vías y en donde la red de área local 220 se caracteriza por su topología, los protocolos y el medio de conexión; comprende el servidor 217, las estaciones de monitoreo 218, la tarjeta de red y de los puntos de acceso 216 y en donde a través de INTERNET se puede acceder al servidor y hacer modificaciones en el igual que con los microcontroladores a través del punto de acceso a la red inalámbrica 220.
El componente de control de acceso comprende microcontroladores 212, transpondedores 213 y actuadores 214 y se relaciona con el componente electrónico a través de los microcontroladores, con el componente de comunicaciones a través de los transpondedores, con el mecánico a través de los elementos físicos 215 que tiene y con la unidad de proceso 217 a través de los transpondedores de los puntos de acceso a la red 216, en donde el administrador del sistema puede entregarles información identificativa necesaria al control de acceso en relación a los atributos de personas u objetos.
En resumen y en relación a la localización y a seguimiento de personas y objetos, los microcontroladores de las radiobalizas le envían periódicamente señales identificativas a los TAGS, a través sus transpondedores principales y en donde el TAG responden a dicha señal a través de los transpondedores secundarios con la información contenida en sus memorias. Por medio de la agrupación de antenas de la presente invención se pueden obtener los ángulos de llegada a las radiobalizas; dicha información es transmitida al servidor, a través de los puntos de acceso de la red de área local para que este determine la posición del TAG, mediante triangulación, con la información de al menos dos radiobalizas y haciendo uso del algoritmo de cálculo y en donde el servidor puede además grabar en una base de datos las huellas relativas de las posiciones. En relación a la detección, suponiendo un sistema de microondas bi-estático, la comunicación entre microcontroladores y entre estos y el servidor permite que se conozcan los ángulos y hora de salida de las transmisiones de todas las radiobalizas. Además se conocen las posiciones de los detectores 122, microcontroladores con tranceptores, del perímetro que las reciben así como las de sus ángulos de llegada, en relación a la posición de las balizas. Con la información de al menos dos balizas se calcula se puede determinarla posición de un TAG en particular, a través de la técnica de triangulación mediante un algoritmo de cálculo. Si el sistema de microondas es mono - estático se conocen los ángulos y horas de salida de todas las transmisiones, así como la dirección de llegada de todas las ondas de rebote en las personas y objetos, con lo que a través de triangulación se puede determinar la posición de éstas últimas.
BIBLIOGRAFIA
Patentes de Estados Unidos
3,445,852 A 5/1969 Karlson
3,482,251 B2 12/1996 Bowes
3,691,558 A 12/1972 Lee y Norman
5,920,261 A 12/1996 Hughes y Ouslis
6,421,000 Bl 6/2000 Me Dowell
6,720,922 B2 4/2004 Williams y Needham
6,864,853 B2 10/2001 Judd et al.
7,038,584 B2 5/2006 Cárter
7,934,645 B2 5/2011 Macklin
7,948,446 B2 5/2011 Barone
8,159,364 B2 4/2012 Zeine
8, 983,420 B2 3/2015 Musselman y Lee
OTRAS PATENTES
WO 1992/08105 5/1992 Wilkund
WO 2013/144410 3/2013 González et al.
OTRAS PUBLICACIONES
- R. Mautz, " Indoor Positioning Technologies ", Doctoral Thesis, Institute of Geodesy Zurich,2012.
- M. Kossel, " Active Microwave Tagging System", Doctoral Dissertation, Swiss Federal Institute Technology, Zurich, 2000.
- S. Roy, " Designing of a Small Wereable Conformal Phased Array Antenna for Wireless Communication", Master Thesis, North Dakota State University, Estados Unidos. - D. Mastela et al., " Multipath Mitigation Through Cylindrical Microstrip Phased Array Antenna", Universidad de Freiburg, Alemania, 2006.
- P. Saville, "Review of Radar Absorbing Materials ", Technical Memorándum, Defense Research and Development Canada,2005.
- R. Harle, and A. Beresford "The Bat System Ubiquitous Computing in Action", Workshop" Laboratory for Communications Engineering", Cambridge, England, 2002.
- N. B. Priyantra, "The Cricket Indoor Location System", Doctoral Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 2005.
- U.S. Nuclear Regulatory Commission document, "Intrusión Detection Systems and Subsystems",2010.
- H. Chung Chen, "Determining RF Angle of Arrival Using COTS Antenna Arrays; a field evaluation", Military Communications Conference, IEEE Digital Library, 2012.
- J. Patino, "Antenas y Propagación", Facultad de Ingeniería, Universidad Distrital Francisco José de Caldas", Colombia, 2013. www.slideshare.com.
Next Patent: MODIFIED ASH WITH FUNCTIONALIZED MESOPOROUS MATERIAL FOR REMOVING METALS