Методи локального позиціонування

Наша компанія «RTL-Service» займається розробкою та просуванням рішень локального позиціонування, у зв'язку з чим ми вже знайомили наших читачів з розмаїттям технологій локального позиціонування. У сьогоднішній статті ми постараємося більш детально зупинитися на методах локального позиціонування, в основі яких лежить використання радіохвиль.

Отже, всі методи умовно можна поділити на 3 групи, залежно від способу визначення місцезнаходження об'єкта (мобільного пристрою, МУ):

  • Метод, заснований на використанні тріангуляції (визначення місця розташування мобільного пристрою по кутах щодо базових станцій).
  • Метод, заснований на використанні трилатерации (визначення місця розташування мобільного пристрою за відстанню від базових станцій).
  • Метод, заснований на вимірюванні сили сигналу.


I. Метод, заснований на використанні тріангуляції.
AoA (angle of arrival) заснований на визначенні напрямку на джерело сигналу. Для цього використовуються базові станції (БС), забезпечені декількома антенами, що обертається антеною або фазованими антеною ґратами. Одержавши направлення на джерело сигналу від БС, можна визначити місце його знаходження. Чим більше кількість БС, тим точніше можна визначити цю зону.

+ прості алгоритми визначення місця розташування мобільного пристрою;
+ можливість роботи на різних фізичних принципах;
+ великий радіус дії;
— складність антени;
— низька точність визначення місця розташування мобільного пристрою.

image

II. Методи, засновані на використанні трилатерации.

image

Метод ToA (time of arrival) заснований на вимірюванні затримки поширення сигналу між мобільним пристроєм і БС. Мінімальна кількість вимірювань для визначення місця розташування МУ дорівнює трьом. Мобільний пристрій посилає сигнал у точно відоме БС час. БС вимірює часовий інтервал між відправленням сигналу мобільним пристроєм і отриманням його. Відстань визначається за формулою S=t*c (де t – час, а c – швидкість світла).

+ мале енергоспоживання мобільним пристроєм;
+ висока точність визначення місця розташування мобільного пристрою;
+ великий радіус дії;
— необхідність синхронізації часу на всіх БС і МУ;
— складні алгоритми визначення місця розташування мобільного пристрою.

image

Метод TDoA (time difference of arrival) заснований на вимірі різниці в часі передачі сигналу від мобільного пристрою до БС, синхронізованими з годинником і заздалегідь відомим місцем розташування. Знаючи різницю в часі отримання сигналу за допомогою математичної обробки можна отримати відстань від мобільного пристрою до базових станцій.

+ мале енергоспоживання мобільним пристроєм;
+ висока точність визначення місця розташування мобільного пристрою;
+ великий радіус дії;
— необхідність синхронізації часу між усіма мобільними пристроями;
— складні алгоритми визначення місця розташування мобільного пристрою.

image

Метод ToF (time of flight) заснований на вимірі часу, який витрачає електромагнітна хвиля на подолання відстані між БС до мобільного пристрою і повернення до БС після його відбиття від ГО. Отримавши цей час і знаючи швидкість руху хвилі, можна обчислити відстань від мобільного пристрою до БС. S=t*c/2.

+ мобільний пристрій – пасивне (не споживає енергію);
+ висока точність визначення місця розташування мобільного пристрою;
+ великий радіус дії;
+ відсутність необхідності синхронізації між пристроями;
— МУ повинно відображати електромагнітну хвилю в напрямку БС;
— неможливо розділити мобільні пристрої.

image

Метод TWR (two-way ranging) полягає в наступному: БС фіксує час відправлення сигналу (T1), мобільний пристрій фіксує час отримання сигналу (t1), а також час відправлення сигналу назад на БС (t2). У сигналі від мобільного вузла до базової станції передаються часів t1 і t2. БС отримує сигнал з мобільного пристрою і фіксує час його отримання. Відстань обчислюється за формулою S=((T2-T1)-(t2-t1))*c/2. Ініціатором вимірювання може бути мобільний пристрій за аналогічним алгоритмом.
Існує також метод SDS-TWR (symmetrical double-sided two-way ranging), який заснований на повторенні цієї процедури у зворотному напрямку, що може служити для перевірки правильності розрахунку.

+ висока точність визначення місця розташування мобільного пристрою;
+ великий радіус дії;
+ відсутність необхідності синхронізації між пристроями;
— високе енергоспоживання МУ.

image

NFER, near-field electromagnetic ranging — метод вимірювання відстані в близькому електромагнітному полі, де існує зсув фаз між електричною і магнітними компонентами електромагнітної хвилі. БС випромінює електромагнітну хвилю заданої частоти. Мобільний пристрій за допомогою двох антен вимірює амплітуду роздільно магнітної та електричної складових хвилі і обчислює зсув фаз між ними. Знаючи довжину хвилі і різницю фаз між ними (ця різниця змінюється від 90° близько БС до нуля на відстані, рівній половині довжини хвилі), можна обчислити відстань від БС до пристрою.

+ висока точність визначення місця розташування мобільного пристрою;
+ можливість роботи в закритих приміщеннях;
— малий радіус дії;
— складні антени;
— складні алгоритми визначення місця розташування мобільного пристрою.

III. Метод, заснований на вимірюванні сили сигналу.
RSSI, received signal strength indicator – це індикатор рівня потужності сигналу, що приймається. Даний метод дозволяє визначити місце розташування пристрою, ґрунтуючись на рівні сили сигналу, отриманого БС або навпаки. Для використання цього методу застосовується або перетворення рівня потужності сигналу на відстань, або у відповідності з картами покриття (рис.2).

+ мале енергоспоживання мобільним пристроєм;
+ низька вартість;
— низька точність визначення місця розташування мобільного пристрою;
— складні алгоритми визначення місця розташування МУ.

image

image

Необхідно відзначити, що для визначення місця розташування більшість систем використовують комбінацію методів, оскільки такий підхід дозволяє усунути недоліки одного методу, доповнивши властивостями іншого. До того ж, різні системи ставлять перед собою різні завдання, для вирішення яких можуть знадобитися різні методи. Метод вимірювання відстані залежить від наявного обладнання і наявності синхронізації між БС і мобільним пристроєм.

Так, система RealTrac компанії RTL-Service визначає місце розташування за допомогою технології інерціального позиціонування IMU та комбінації методів ToF і RSSI.Оскільки основною проблемою, властивою всім інерціальним систем позиціонування, є накопичується з часом помилка, то використання в доповненні до цього методів ToF і RSSI дозволяє усунути цю проблему за рахунок періодичної прив'язки траєкторії до локальних координатах.
Джерело: Хабрахабр

0 коментарів

Тільки зареєстровані та авторизовані користувачі можуть залишати коментарі.