Способ калибровки сверхширокополосных систем позиционирования
Владельцы патента RU 2768017:
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") (RU)
Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах сверхширокополосной беспроводной связи. Технический результат состоит в защите процесса калибровки от внешних воздействий. Для этого беспроводная метка расположена на расстоянии не более чем 50 метров от двух и более анкерных станций; передается дублирующийся сигнал по оптико-волоконному кабелю, вычисляется поправка для задержки как для внутренних элементов передачи-получения сигнала, так и для внешних воздействий путём сравнения времени задержки между получением сигнала, передаваемого через эфирное вещание, и сигнала, передаваемого по изолированному от внешней среды оптическому волокну с использованием направленных антенн на анкерных станциях. 2 ил.
Способ относится к области данных сверхширокополосной беспроводной связи и измерения расстояния триангуляционным методом. В изобретении описан способ калибровки сверхширокополосных систем позиционирования с использованием дублирующего контрольного сигнала, передаваемого через изолированную среду передачи данных, которой выступает оптическое волокно.
Изобретение «Способ калибровки сверхширокополосных систем позиционирования» может быть использовано для калибровки и настройки сверхширокополосных систем позиционирования основанных на расчёте разницы времени прибытия сверхширокополосного сигнала в помещениях или открытой местности вне зависимости от внешних воздействий, что достигается благодаря использованию дублирующего контрольного сигнала, передаваемого через изолированную от внешних воздействий среду передачи данных. Может быть использовано на расстоянии не более чем в 50 метрах между 2 или более анкерными станциями и беспроводной меткой.
Известен «Метод калибровки ошибок измерения разницы во времени прибытия сигнала, точек передачи и системы» CN103781095A. Метод основан на оценке статистики времени прихода сигнала от анкерной станции к беспроводной метке, на основе чего рассчитывается поправка.
Недостатком данного метода является использование только статистических данных для калибровки, которые могут давать систематическую ошибку в калибровке.
Известно «Устройство и способ калибровки разницы во времени прибытия сигнала между радиоприемниками» KR101333596B1. Способ использует введение калибровочной поправки на основе анализа мощности и канала приема входящего сигнала.
Недостатком данного способа является низка устойчивость к внешним воздействиям мощности входящего сигнала.
Известен «Метод и устройство обнаружения ошибки положения» CN106255064A. Метод основан на вычислении ошибки между расчётным и фактическим временем прихода сигнала в системах позиционирования, основанными на расчете разницы во времени прибытия сигнала. Для этого используется предварительно рассчитанное значение разницы во времени прибытия сигнала.
Недостатком данного метода является отсутствие в расчете теоретического времени прихода сигнала параметров внешних воздействий.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является «Метод и система для калибровки беспроводных систем определения местоположения» US6522296B2 (CA2450810A1). В данном методе калибровка выполняется путем передачи сигнала из неизвестного местоположения и измерения на каждой из двух анкерных станций. Ошибка дифференциального измерения определяется путем сравнения ожидаемой разницы во времени прихода сигнала с фактической разницей во времени прихода сигнала. Ожидаемая разница известна и рассчитывается, исходя из местоположения приемников и местоположения объекта.
Недостатком данного метода является использование только 2 анкерных станций, а также, подверженность внешним воздействиям.
Таким образом, технической проблемой, на решение которой направлен заявляемый способ, является защита процесса калибровки от внешних воздействий, таких, как препятствия, климатические условия и электромагнитные наводки, а также, введение поправок для корректировки данных внешних воздействий.
Решение указанной технической проблемы достигается тем, что для анкерных станций и беспроводной метки заранее измеряются координаты, рассчитывается расстояние между ними, а также, анкерные станции соединяются с беспроводной меткой с помощью оптико-волоконного кабеля фиксированной длины, который используется для вычисления поправки для задержки для внутренних элементов передачи-получения сигнала.
Техническим результатом данного изобретения является создание такого способа калибровки, при котором используется сверхширокая полоса передачи данных, беспроводная метка расположена на расстоянии не более чем 50 метров от двух и более анкерных станций, предается дублирующийся сигнал по оптико-волоконному кабелю, вычисляется поправка для задержки как для внутренних элементов передачи-получения сигнала, так и для внешних воздействий, путём сравнения времени задержки между получением сигнала, передаваемого через эфирное вещание по сверхширокой полосе и сигнала, передаваемого по изолированному от внешней среды оптическому волокну , передаваемыми через эфирное вещание по сверхширокой полосе и изолированного от внешней среды оптического волокна, а так же, тем, что используются направленные антенны на анкерных станциях. Благодаря чему рассчитывается калибровочная поправка сверхширокополосного сигнала для конкретного места расположения беспроводной метки, которая учитывает внешние воздействия и внутренние задержки устройств.
На прилагаемых к описанию чертежах дано:
На Фиг. 1 представлена блок-схема, описывающая алгоритм работы способа. Показаны основные шаги по передаче и обработке сигнала.
На Фиг. 2 представлена схема сети передачи данных. Изображены анкерные станции (1), беспроводная метка (2), препятствие (3) а также, среды передачи данных: (4) соединение с помощью оптического волокна, (5) вещание в эфир по сверхширокой полосе.
Способ работает следующим образом. Имеются стационарно закрепленные анкерные станции с заранее известными координатами (1) и направленными антеннами, направленными на беспроводную метку, а также, беспроводная метка (2), которая на время калибровки стационарно закреплена с заранее известной координатой в переделах максимального радиуса от анкерных станций, составляющего 50 метров. Для подключения беспроводной метки к анкерным станциям используется как оптико-волоконный кабель, заранее известной длины, превышающей расстояние между анкерной станцией и беспроводной меткой (5), так и вещание в эфир (5).
Беспроводная метка передает информационный сигнал, содержащий метку времени беспроводной метки, анкерным станциям через оптико-волоконный камель и эфир одновременно. Метка времени прихода сигнала записывается для каждой анкерной станции для оптико-волоконного кабеля и эфирной передачи отдельно.
В случае получения анкерной станцией сигнала только по оптико-волоконному кабелю. Либо получения сигнала, посланного через эфир позднее сигнала посланного через волоконно-оптический кабель, данное направление передачи сигнала помечается, как не пригодное к использованию.
Вычисляется теоретическая разница во времени прибытия сигнала на основе геометрического расположения анкерных станций и беспроводных меток. Затем вычисляется теоретическая разница во времени прибытия сигнала через оптико-волоконный кабель и сравнивается с фактической розницей во времени прибытия сигнала, через оптико-волоконный кабель. На основе данного сравнения, вычисляется задержка, вносимая системами передачи данных. Данная задержка прибавляется к теоретическому времени прибытия сигнала, получая откалиброванную теоретическую задержку.
Затем вычисляется разница между теоретической и фактической розницей во времени прибытия сигнала, вещаемый через эфир. Данная разница, является искомым калибровочным коэффициентом. Данный коэффициент вычисляется для каждой анкерной станции.
Способ калибровки сверхширокополосных систем позиционирования, заключающийся в том, что информационные сигналы передают от беспроводной метки в сторону анкерной станции через эфирное вещание и на анкерных станциях производят расчёт времени задержки прихода информационного сигнала, оценку погрешности во времени задержки прихода сигнала с последующим расчетом расстояния между анкерной станцией и беспроводной меткой, отличающийся тем, что на анкерных станциях используют направленные антенны, заранее измеряются координаты между беспроводной меткой и анкерными станциями, беспроводная метка и анкерные станции расположены на расстоянии не более 50 метров друг от друга и соединяются между собой волоконно-оптическим кабелем фиксированной длины, превышающей расстояние между анкерной станцией и беспроводной меткой, по оптико-волоконному кабелю к каждой анкерной станции передается дублирующий информационный сигнал, вычисляется поправка для задержки информационного сигнала как для внутренних элементов передачи-приема информационного сигнала, так и для внешних воздействий путём сравнения времени задержки между получением информационного сигнала, передаваемого посредством эфирного вещания в сверхширокой полосе частот, и информационного сигнала, передаваемого по изолированному от внешней среды оптико-волоконному кабелю, вычисленная поправка является калибровочным коэффициентом сверхширокополосных систем позиционирования.
