Информация  |  Продукция  |  Производители  |  О Компании  |  Поставка  |  Контакты  |  Для наших клиентов
ОБМЕН ОПЫТОМ

Системы локального позиционирования

Наряду с широко известными  спутниковыми системами глобального позиционирования существует также потребность в системах локального позиционирования, которые используются, во-первых, там,  где не доступны сигналы спутников и, во-вторых, при решении задач, требующих определения только относительных расстояний.

Приложения

  • Измерение относительных расстояний в системах сопровождения (не уходить слишком далеко)
  • Измерение относительных расстояний в системах предотвращения коллизий (не приближаться слишком близко)
  • Измерение относительных расстояний при автоматизации шлагбаумов и светофоров
  • Измерение относительных расстояния до двух разнесенных точек внутри автомобиля в системе автоматического открывания двери с нужной стороны.
  • Определение абсолютных координат в системах мониторинга в закрытых помещениях
    • дети и персонал в детском саду
    • дети и родители в парке развлечений
    • персонал на производстве
    • шахтеры
    • пациенты и персонал в больнице
    • животные на автоматизированных фермах
  • Определение абсолютных координат в системах быстрого поиска автомобиля на крытой автостоянке
  • Измерение относительных расстояний и определение абсолютных координат в робототехнике и для управления беспилотными машинами
  • Определение местоположения светильников, датчиков, пультов дистанционного управления в системах домашней автоматизации

Измерение расстояний беспроводным способом

Базовой операцией в системах локального позиционирования является измерение расстояния беспроводным способом.

Традиционно эту задачу  выполняют радиолокационные станции, которые используются для радиообнаружения воздушных, морских  и наземных объектов при помощи анализа характеристик отраженных от объекта радиоволн.  При этом традиционные радары в основном используют пассивное отражение  радиосигналов. Для массового использования такие методы не  подходят, т.к. они габаритные, дорогие, используют специально выделенные частоты.

Современные беспроводные технологии предлагают недорогие решения, которые пригодны для массового применения. Они используют   частотные диапазоны, в которых можно работать  без получения специальных разрешений.  При этом на объектах наблюдения размещают беспроводные цифровые приемопередатчики-метки, которые реализуют один из следующих методов  измерения расстояния беспроводным способом.

  • по уровню сигнала
  • по фазе сигнала
  • по времени распространения сигнала

Метод измерения расстояния по уровню радиосигнала является наиболее доступным, т.к. практически все беспроводные приемопередатчики  измеряют уровень входного сигнала и возвращают  параметр RSSI - Received Signal Strength Indicator. Но этот метод является и наименее точным.  Такие системы существуют в частности на базе инфраструктуры  WI-FI-точек доступа. Также стандарт BLE использует определение расстояния по уровню  сигнала. Для повышения точности  систем локализации по уровню сигнала часто приходится  выполнять трудоемкую операцию калибровки  на каждом объекте.

Метод измерения расстояния по фазе предлагает компания Atmel, которая   снабдила свои приемопередатчики диапазона 2,4 ГГц    измерительным блоком Phase Measurement Unit. Идея метода  состоит в том, чтобы измерять  разность набега фаз за время распространения сигнала на двух различных частотах.

Atmel Ranging

Для повышения точности измерения эта операция повторяется много раз на частотном диапазоне 2,4 ...2,483 ГГц и затем результаты всех измерений усредняются.

Formula

Время измерения составляет  от 45 до 140 мс в зависимости от того, сколько выбрано частот для усреднения. Этот метод удобно использовать для стационарных объектов или для приложений, где перемещается  небольшое количество объектов. Погрешность измерения  расстояние приемопередатчиками Atmel составляет от 0,5 метра до 2 метров в зависимости от окружения. Наибольший вклад в погрешнось вносит многолучевое распространение сигналов.  С ним можно бороться при помощи пространственно разнесенных антенн или при помощи антенн с круговой поляризацией.

Метод измерения расстояния по времени распространения радиосигнала позволяет одновременно снизить и время измерения и погрешность. При этом погрешность измерения снижается при увеличении  ширины спектра сигнала. В настоящее время известно два типа  широкополосных приемопередатчиков, предназначенных для измерения расстояния, которые описаны стандартом IEEE 802.15.4-2011. Это приемопередатчики, использующие кодирование CSS, работающие в диапазоне 2,4 ГГц и приемопередатчики диапазона UWB, использующие частоты 3,5-9,5 ГГц. Приемопередатчики диапазона UWB  имеют  самую широкую полосу - 500 или 1000 МГц и соответственно самую маленькую погрешность - 10 см. К сожалению, для приемопередатчиков  UWB разрешены  очень малые  мощности передачи.

Кодирование CSS реализовано в приемопередатчиках nanoLOC компании Nanotron. Оно базируется на  внутриимпульсной линейно-частотной модуляции, которая, как известно, позволяет наиболее эффетивно использовать частотный спектр.

Приемники Nanotron, используя согласованный фильтр на входе, преобразуют ЛЧМ-импульсы в очень узкие по времени SYNC-импульсы и определяют время поступления входного сигнала с наносекундной точностью, что позволяет измерять расстояния с точностью до 30 см.  На практике внутри помещений  из-за многолучевого распространения сигналов погрешность увеличивается до 1-2 м.

Системы локального позиционирования

Можно выделить два основные типа  систем локального позиционирования. Системы с измерением относительных расстояний между узлами и системы определения абсолютных координат.

Система компании Nanotron для измерения относительных расстояний  называется swarm, что означает рой. Ее можно построить на базе радиомодулей swarm bee LE. Она обеспечивает выполнение примерно 50 измерений точка-точка в секунду.

SWARM

В  системах определения абсолютных координат всегда присутствуют стационарные узлы - анкеры (Anchors) с известными координатами, которые являются референсными точками.

Система RTLS (Real Time Location System) локального позиционирования компании Nanotron использует наиболее экономичный  метод  вычисления абсолютных координат Time Difference of Arrival (TDoA), который заключается в следующем.  Мобильная метка (Tag)  с заданным интервалом времени излучает идентификационный сигнал-маячок, а синхронизированные анкеры фиксируют время поступления этого сигнала и отсылают измеренные значения на сервер.    По этим данным на сервере при помощи системы уравнений оказывается возможным вычислить и время излучения сигнала маяка и координату мобильной метки.

Преимуществами метода TDOA являются

  • малая загруженность метки и возможность для нее находиться большую часть времени в спящем режиме
  • высокая скорость определений
  • малая загрузка эфира
  • большое количество одновременно обслуживаемых меток

Электронное оборудование Nanotron  позволяет строить смешанные системы локального позиционирования, в которых наряду с абсолютными координатами могут также  определяться и  относительные расстояния. Для построения такой системы нужно использовать локализационный сервер и анкеры системы RTLS компании Nanotron, а метки строить на базе радиомодулей swarm bee LE.

 

 

 

 



заменяют некоторые модели снятой с производства продукции компании Renesas, превосходя их по техническим характеристикам и цене.

Использование спиральных ГЛОНАСС/GPS - антенн позволяет повысить точность позиционирования.

Адаптер RS232-Bluetooth

Простой способ оснастить ваше устройство беспроводным интерфейсом - установить на его com-порт Bluetooth-адаптер LM048 

Дистрибуция электронных компонентов www.efo.ru © All rights reserved. EFO Ltd.
При использовании материалов
ссылка на источник обязательна.
Создание сайта © 2010 PointDesign™
Конструктивы и корпуса РЭА www.korpusa.ru Микроконтроллеры www.mymcu.ru Микросхемы Altera www.altera.ru
Источники питания www.powel.ru Волоконно-оптические компоненты www.infiber.ru Силовая электроника www.efo-power.ru
Кварцевые резонаторы
и генераторы Golledge
www.golledge.ru
Электротехническая продукция www.efo-electro.ru Контрольно-измерительные приборы www.efometry.ru