Pull to refresh
0
RealTrac Technologies
Разработчик системы локального позиционирования

Методы локального позиционирования

Reading time 4 min
Views 15K
Наша компания «RTL-Service» занимается разработкой и продвижением решений локального позиционирования, в связи с чем мы уже знакомили наших читателей с разнообразием технологий локального позиционирования. В сегодняшней статье мы постараемся более подробно остановиться на методах локального позиционирования, в основе которых лежит использование радиоволн.

Итак, все методы условно можно поделить на 3 группы, в зависимости от способа определения местонахождения объекта (мобильного устройства, МУ):

  • Метод, основанный на использовании триангуляции (определение местоположения мобильного устройства по углам относительно базовых станций).
  • Метод, основанный на использовании трилатерации (определение местоположения мобильного устройства по расстоянию от базовых станций).
  • Метод, основанный на измерении силы сигнала.


I. Метод, основанный на использовании триангуляции.
AoA (angle of arrival) основан на определении направления на источник сигнала. Для этого используются базовые станции (БС), снабженные несколькими антеннами, вращающейся антенной или фазированной антенной решеткой. Получив направление на источник сигнала от БС, можно определить место его нахождения. Чем больше количество БС, тем точнее можно определить эту зону.

+ простые алгоритмы определения местоположения мобильного устройства;
+ возможность работы на различных физических принципах;
+ большой радиус действия;
— сложность антенны;
— низкая точность определения местоположения мобильного устройства.

image

II. Методы, основанные на использовании трилатерации.

image

Метод ToA (time of arrival) основан на измерении задержки распространения радиосигнала между мобильным устройством и БС. Минимальное количество измерений для определения местоположения МУ равно трем. Мобильное устройство отправляет сигнал в точно известное БС время. БС измеряет временной интервал между отправкой сигнала мобильным устройством и получением его. Расстояние определяется по формуле S=t*c (где t – время, а c – скорость света).

+ малое энергопотребление мобильным устройством;
+ высокая точность определения местоположения мобильного устройства;
+ большой радиус действия;
— необходимость синхронизации времени на всех БС и МУ;
— сложные алгоритмы определения местоположения мобильного устройства.

image

Метод TDoA (time difference of arrival) основан на измерении разницы во времени передачи сигнала от мобильного устройства до БС, с синхронизированными часами и заранее известным местоположением. Зная разницу во времени получения сигнала с помощью математической обработки можно получить расстояние от мобильного устройства до базовых станций.

+ малое энергопотребление мобильным устройством;
+ высокая точность определения местоположения мобильного устройства;
+ большой радиус действия;
— необходимость синхронизации времени между всеми мобильными устройствами;
— сложные алгоритмы определения местоположения мобильного устройства.

image

Метод ToF (time of flight) основан на измерении времени, которое тратит электромагнитная волна на преодоление расстояния между БС до мобильного устройства и возвращения к БС после его отражения от МУ. Получив это время и зная скорость движения волны, можно вычислить расстояние от мобильного устройства до БС. S=t*c/2.

+ мобильное устройство – пассивное (не потребляет энергию);
+ высокая точность определения местоположения мобильного устройства;
+ большой радиус действия;
+ отсутствие необходимости синхронизации между устройствами;
— МУ должно отражать электромагнитную волну в направлении БС;
— невозможно разделить мобильные устройства.

image

Метод TWR (two-way ranging) заключается в следующем: БС фиксирует время отправления сигнала (T1), мобильное устройство фиксирует время получения сигнала (t1), а также время отправления сигнала обратно на БС (t2). В сигнале от мобильного узла до базовой станции передаются времена t1 и t2. БС получает сигнал с мобильного устройства и фиксирует время его получения. Расстояние вычисляется по формуле S=((T2-T1)-(t2-t1))*c/2. Инициатором измерения может являться мобильное устройство по аналогичному алгоритму.
Существует также метод SDS-TWR (symmetrical double-sided two-way ranging), который основан на повторении этой процедуры в обратном направлении, что может служить для проверки правильности расчёта.

+ высокая точность определения местоположения мобильного устройства;
+ большой радиус действия;
+ отсутствие необходимости синхронизации между устройствами;
— высокое энергопотребление МУ.

image

NFER, near-field electromagnetic ranging — метод измерения расстояния в ближнем электромагнитном поле, где существует сдвиг фаз между электрической и магнитными компонентами электромагнитной волны. БС излучает электромагнитную волну заданной частоты. Мобильное устройство при помощи двух антенн измеряет амплитуду раздельно магнитной и электрической составляющих волны и вычисляет сдвиг фаз между ними. Зная длину волны и разницу фаз между ними (эта разница изменяется от 90° около БС до нуля на расстоянии равном половине длины волны), можно вычислить расстояние от БС до устройства.

+ высокая точность определения местоположения мобильного устройства;
+ возможность работы в закрытых помещениях;
— малый радиус действия;
— сложные антенны;
— сложные алгоритмы определения местоположения мобильного устройства.

III. Метод, основанный на измерении силы сигнала.
RSSI, received signal strength indicator – это индикатор уровня мощности принимаемого сигнала. Данный метод позволяет определить местоположение устройства, основываясь на уровне силы сигнала, полученного БС или наоборот. Для использования этого метода применяется либо преобразование уровня мощности сигнала в расстояние, либо в соответствии с картами покрытия (рис.2).

+ малое энергопотребление мобильным устройством;
+ низкая стоимость;
— низкая точность определения местоположения мобильного устройства;
— сложные алгоритмы определения местоположения МУ.

image

image

Необходимо отметить, что для определения местоположения большинство систем используют комбинацию методов, т.к. такой подход позволяет устранить недостатки одного метода, дополнив свойствами другого. К тому же, различные системы ставят перед собой разные задачи, для решения которых могут также понадобиться различные методы. Метод измерения расстояния зависит от имеющегося оборудования и наличия синхронизации между БС и мобильным устройством.

Так, система RealTrac компании RTL-Service определяет местоположение с помощью технологии инерциального позиционирования IMU и комбинации методов ToF и RSSI.Поскольку основной проблемой, присущей всем инерциальным системам определения местоположения, является накапливающаяся со временем ошибка, то использование в дополнении к этому методов ToF и RSSI позволяет устранить эту проблему за счет периодической привязки траектории к локальным координатам.
Tags:
Hubs:
+6
Comments 0
Comments Leave a comment

Articles

Information

Website
rtlservice.com
Registered
Founded
2009
Employees
31–50 employees
Location
Россия