RU2543521C1

RU2543521C1 - Method and system for multifrequency positioning in shielded space

Info

Publication number: RU2543521C1
Application number: RU2013136348/07A
Authority: RU
Inventors: Александр Львович Михайленко; Михаил Юрьевич Медведев; Валерий Николаевич Бабаков; Александр Петрович Пененко; Николай Николаевич Сасага
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Конструкторское бюро навигационных систем" (ЗАО "КБ НАВИС")
Priority date: 2013-08-02
Filing date: 2013-08-02
Publication date: 2015-03-10
Also published as: RU2013136348A

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.

SUBSTANCE: method comprises simultaneously receiving positioning signals for bandwidths of satellite navigation systems: L1 GPS, L1 GLONASS, L2 GPS, L2 GLONASS, L3 GLONASS, L5 GPS. Each used signal is re-emitted by a separate frequency-selective relay which selects, using a band-pass filter, only the bandwidth used by a receiving and a radiating antenna. The method includes simultaneously obtaining digital information from all received positioning signals; simultaneously calculating coordinates and current time for each of the received bandwidths of the satellite navigation systems; the obtained different coordinates correspond to coordinates of receiving antennae, and the time obtained when calculating each coordinate is equal to the sum of the delay time in the relay and the propagation time of the signal from the emitter to the receiver; comparing the obtained coordinates for each bandwidth of the corresponding satellite navigation system; the divergence of coordinates indicates that a multifrequency receiver is located in shielded space; solving the task of determining the position of the antenna of the multifrequency receiver.

EFFECT: high accuracy of positioning in shielded space.

7 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к спутниковым навигационным системам (СНС) позиционирования, в частности к предоставлению позиционной информации в местах недосягаемости радиосигналов СНС GPS, ГЛОНАСС, Galileo, Compass, GAGAN, QZSS, и может быть использовано в системах позиционирования в экранированном пространстве, например, в подземных переходах, станциях метро, внутри помещений, тоннелях, ущельях и т.д.The invention relates to satellite navigation systems (SNA) positioning, in particular to the provision of positional information in places beyond the reach of radio signals SNA GPS, GLONASS, Galileo, Compass, GAGAN, QZSS, and can be used in positioning systems in a shielded space, for example, in underground passages , metro stations, indoors, tunnels, gorges, etc.

СНС, такие как GPS, ГЛОНАСС, Galileo, Compass, GAGAN, используются в мировом масштабе пользователями для определения своего местоположения в пространстве. Каждая СНС включает в себя ряд навигационных космических аппаратов (НКА), вращающихся вокруг Земли, причем каждый НКА передает радиосигналы с навигационными сообщениями, содержащими эфемеридную информацию с метками времени и альманахом.SNA, such as GPS, GLONASS, Galileo, Compass, GAGAN, are used globally by users to determine their location in space. Each SNA includes a series of navigation spacecraft (NSC) orbiting around the Earth, and each NSC transmits radio signals with navigation messages containing ephemeris information with time stamps and an almanac.

Используя информацию навигационных сообщений, принятых навигационной аппаратурой потребителей (НАП), в частности приемником сигналов СНС, и измерения псевдодальностей до нескольких выбранных НКА, устанавливают функциональные зависимости между известными координатами НКА и неизвестными координатами пользователей СНС. Оценка координат пользователей сводится к решению навигационной задачи.Using the information of navigation messages received by the navigation equipment of consumers (NAP), in particular, the receiver of SNA signals, and measuring the pseudorange to several selected satellite, establish functional relationships between the known coordinates of the satellite and the unknown coordinates of the users of the SNA. Assessment of user coordinates is reduced to solving a navigation problem.

Нередко сигналы, излучаемые НКА СНС, не могут быть приняты с помощью НАП, ввиду различных препятствий, например, внутри помещений или в экранированных пространствах.Often, the signals emitted by the SNA NSA cannot be received using NAP, due to various obstacles, for example, indoors or in shielded spaces.

Известно техническое решение (1 аналог) - способ и система позиционирования, патент Российской Федерации на изобретение №2161318 от 27.12.2000 г., которое предлагает систему и способ определения положения для использования в экранированном пространстве. Система включает в себя GPS-приемник для получения GPS-сигналов и передачи навигационных данных, блок восстановления тактовой синхронизации для получения навигационных данных и восстановления точного временного сигнала, компьютерный процессор для получения точного временного сигнала и навигационных данных и, по меньшей мере, четыре псевдоспутника, установленные внутри экранированного пространства, причем по меньшей мере, один из четырех псевдоспутников - не компланарный относительно других. Способ обеспечения внутренней системы позиционирования включает следующие шаги: получение сигналов GPS, восстановление сигнала точного времени из сигналов GPS, вычисление орбитальных параметров для, по меньшей мере, четырех псевдоспутников и передачу сигналов данных псевдоспутников, используя восстановленный сигнал времени и орбитальные параметры для, по меньшей мере, четырех псевдоспутников, формирование информации навигационных данных (NAVDAT) из принятых сигналов GPS, использование информации навигационных данных (NAVDAT) для вычисления орбитальных параметров псевдоспутников и внесение смещения в навигационную информацию (NAVDAT) при вычислении орбитальных параметров, дополнительно включает задержку в восстановленном сигнале времени для учета различного времени прохождения сигнала к каждому из псевдоспутников. Недостатком данного технического решения является то, что система позиционирования принимает сигналы псевдоспутников одной СНС (GPS), при этом необходимо использовать приемник сигналов СНС со специализированным программным обеспечением для обработки сигналов псевдоспутников. Также недостатком является сложность системы, которая увеличивает время получения решения навигационной задачи, и сложность обеспечения высокой точности позиционирования.A technical solution is known (1 analogue) - the method and positioning system, patent of the Russian Federation for invention No. 2161318 dated 12/27/2000, which offers a system and method for determining the position for use in a shielded space. The system includes a GPS receiver for receiving GPS signals and transmitting navigation data, a clock synchronization recovery unit for receiving navigation data and restoring an accurate time signal, a computer processor for obtaining an accurate time signal and navigation data, and at least four pseudo-satellites, installed inside a shielded space, and at least one of the four pseudosatellites is not coplanar relative to the others. A method for providing an internal positioning system includes the following steps: obtaining GPS signals, reconstructing an accurate time signal from GPS signals, calculating orbital parameters for at least four pseudo-satellites, and transmitting pseudo-satellite data signals using the reconstructed time signal and orbital parameters for at least , four pseudo-satellites, generating navigation data information (NAVDAT) from the received GPS signals, using navigation data information (NAVDAT) to calculate bit parameters of pseudo-satellites and the inclusion of an offset in the navigation information (NAVDAT) when calculating orbital parameters, additionally includes a delay in the reconstructed time signal to account for different signal travel times to each of the pseudo-satellites. The disadvantage of this technical solution is that the positioning system receives pseudosatellite signals of one SNA (GPS), while it is necessary to use a SNA signal receiver with specialized software for processing pseudosatellite signals. Another disadvantage is the complexity of the system, which increases the time to obtain a solution to the navigation problem, and the difficulty of ensuring high positioning accuracy.

Известно техническое решение (2 аналог) - система и способ для ретранслятора системы GPS («SYSTEM AND METHOD FOR GLOBAL POSITIONING SYSTEM REPEATER»), заявка США на изобретение №20060208946 от 21.09.2006 г., которое содержит направленную приемную антенну для приема GPS сигналов от одного или более спутников в предварительно выбранной области неба, передающую антенну для передачи полученных GPS сигналов, и радиочастотный усилитель, для повышения уровня усиления полученных GPS сигналов перед передачей в помещение. Один или несколько таких ретрансляторов GPS используются для воспроизведения спутниковой группировки внутри зданий или под землей, чтобы обеспечить охват СНС GPS в этих средах. Недостатком данного технического решения является использование сигналов одной СНС (GPS), причем система, описанная в изобретении использует направленные приемные антенны, охватывающие различные сегменты небесной полусферы. Данное техническое решение не обладает высокой точностью позиционирования.A technical solution is known (2 analogs) - a system and method for a GPS repeater ("SYSTEM AND METHOD FOR GLOBAL POSITIONING SYSTEM REPEATER"), US application for invention No. 20060208946 of 09.21.2006, which contains a directional receiving antenna for receiving GPS signals from one or more satellites in a pre-selected area of the sky, a transmitting antenna for transmitting the received GPS signals, and a radio frequency amplifier, to increase the gain level of the received GPS signals before transmitting to the room. One or more of these GPS repeaters are used to play satellite constellations inside buildings or underground to provide GPS coverage in these environments. The disadvantage of this technical solution is the use of signals from one SNA (GPS), moreover, the system described in the invention uses directional receiving antennas covering various segments of the celestial hemisphere. This technical solution does not have high positioning accuracy.

Известно техническое решение (3 аналог) - система предоставления позиционной информации, устройство и передатчик предоставления позиционной информации, патент Российской Федерации на изобретение №2440590 от 10.05.2010 г., которое позволяет предоставить позиционную информацию без потери точности даже в местах вне досягаемости радиосигналов НКА, обеспечивает необходимость синхронизации во времени с НКА. Для этого процесс, выполняемый с помощью устройства предоставления позиционной информации, включает в себя этапы: получения принятого сигнала позиционирования, специфицирования источника излучения сигнала позиционирования, получения, когда источник излучения сигнала позиционирования находится вне помещения, сообщения навигации, включенного в сигнал позиционирования, выполнения процесса, предназначенного для вычисления позиции на основании сигнала, получения, когда источник излучения сигнала позиционирования находится внутри помещения, данных сообщения из сигнала позиционирования, получения значения координат из данных и отображения позиционной информации на основании значений координат. Недостатком данного изобретения является то, что принятые сигналы от НКА подвергаются в передающем устройстве модификации, а это усложняет построение НАП, в частности приемника сигналов СНС и увеличивает время получения решения навигационной задачи.A technical solution is known (3 analogs) - a system for providing positional information, a device and a transmitter for providing positional information, a patent of the Russian Federation for invention No. 2440590 of 05/10/2010, which allows you to provide positional information without loss of accuracy even in places beyond the reach of radio signals from the NCA, provides the need for time synchronization with the NCA. To this end, the process performed using the positional information providing device includes the steps of: receiving the received positioning signal, specifying the radiation source of the positioning signal, receiving, when the radiation source of the positioning signal is outside, a navigation message included in the positioning signal, performing the process, designed to calculate the position based on the signal, when the radiation source of the positioning signal is inside scheniya, message data from the positioning signal, obtaining coordinate values from the data and displaying positional information based on the coordinate values. The disadvantage of this invention is that the received signals from the NSC are subjected to modification in the transmitting device, and this complicates the construction of the NAP, in particular the SNA signal receiver, and increases the time for obtaining a solution to the navigation problem.

В качестве прототипа выбрана система позиционирования внутри помещений на основе сигналов глобальной системы позиционирования (GPS) и псевдоспутников с наружными направленными антеннами («INDOOR POSITIONING SYSTEM BASED ON GPS SIGNALS AND PSEUDOLITES WITH OUTDOOR DIRECTIONAL ANTENNAS»), международная заявка на изобретение №2011080541 от 07.07.2011 г. Это изобретение содержит три приемных антенны GPS, предназначенные для приема GPS сигналов, исходящих, по меньшей мере, от трех GPS спутников, по меньшей мере, три радиочастотных (РЧ) GPS ретранслятора, предназначенные для усиления сигналов GPS исходящих из направленных приемных GPS антенн, причем РЧ GPS ретранслятор состоит из полосового фильтра для снижения уровня шума, малошумящего усилителя для усиления сигнала GPS, линии передачи для передачи сигналов от приемных антенн GPS к излучающим антеннам GPS, по меньшей мере, три GPS излучающих антенны, предназначенные для передачи GPS сигналов поступающих из РЧ GPS ретрансляторов в экранированное пространство, по меньшей мере, один GPS приемник, предназначенный для приема GPS сигналов, поступающих от излучающих GPS антенн, антенна GPS приемника и способ определения позиции, включающий следующие операции: прием сигналов позиционирования НКА GPS (псевдодальности и цифровой информации), получение данных из сигнала позиционирования (цифровой информации) о положении каждого НКА, выполнение обработки навигационных сообщений, вычисление позиции (координат) и времени UTC (Всемирное координированное время) GPS НАП.As a prototype, an indoor positioning system based on global positioning system (GPS) signals and pseudosatellites with external directional antennas (“INDOOR POSITIONING SYSTEM BASED ON GPS SIGNALS AND PSEUDOLITES WITH OUTDOOR DIRECTIONAL ANTENNAS”), international patent application No. 20111080541 dated 07.07. 2011. This invention comprises three GPS receiving antennas for receiving GPS signals originating from at least three GPS satellites, at least three radio frequency (RF) GPS relays designed to amplify GPS signals x of directional GPS receiving antennas, the RF GPS repeater consisting of a bandpass filter to reduce noise, a low noise amplifier to amplify the GPS signal, a transmission line for transmitting signals from GPS receiving antennas to GPS emitting antennas, at least three GPS radiating antennas, for transmitting GPS signals from RF GPS repeaters to shielded space, at least one GPS receiver for receiving GPS signals from GPS radiating antennas, GPS receiver antenna and method for determining positioning, which includes the following operations: receiving GPS satellite positioning signals (pseudorange and digital information), receiving data from a positioning signal (digital information) about the position of each satellite, processing navigation messages, calculating position (coordinates) and UTC (Coordinated Universal Time ) GPS NAP.

Недостаток данного изобретения заключаются в том, что при попадании в экранированное пространство приемник сигналов GPS должен получить данные о местоположении излучающих антенн (псевдоспутников) либо выделить информацию об их местоположении из принятого сигнала. При этом данные орбит НКА, полученные приемником сигналов GPS при нахождении во внешнем навигационном поле, никак не используются, поэтому однозначно будет перерыв в определении позиции. Это один из важных факторов сдерживания широкого применения псевдоспутников.The disadvantage of this invention is that when it enters the shielded space, the GPS receiver must obtain data on the location of the emitting antennas (pseudosatellites) or extract information about their location from the received signal. At the same time, the satellite’s orbit data obtained by the GPS signal receiver while in the external navigation field are not used in any way, so there will definitely be a break in determining the position. This is one of the important deterrents to the widespread use of pseudosatellites.

Задачей изобретения является повышение точности позиционирования в экранированном пространстве, используя сигналы СНС, например, GPS, ГЛОНАСС, Galileo, Compass, GAGAN.The objective of the invention is to increase the accuracy of positioning in a shielded space using signals from the SNA, for example, GPS, GLONASS, Galileo, Compass, GAGAN.

Дополнительной задачей изобретения является создание способа и системы, которые позволят сформировать навигационное поле соответствующее внешнему навигационному полю и обеспечат непрерывное решение навигационной задачи при переходе из внешнего навигационного поля во внутрь экранированного пространства.An additional objective of the invention is the creation of a method and system that will allow you to create a navigation field corresponding to the external navigation field and provide a continuous solution to the navigation problem when moving from an external navigation field to the inside of the shielded space.

Еще одной дополнительной задачей данного изобретения является увеличение числа ситуаций, в которых могут использоваться способ и система мультичастотного позиционирования в экранированном пространстве, основанные на СНС позиционирования и определения местоположения.Another additional objective of the present invention is to increase the number of situations in which the method and system of multi-frequency positioning in a shielded space based on SNA positioning and positioning can be used.

Поставленные задачи решаются за счет того, что в способе мультичастотного позиционирования в экранированном пространстве одновременно выполняют прием сигналов позиционирования для диапазонов частот СНС: L1 GPS, L1 ГЛОНАСС, L2 GPS, L2 ГЛОНАСС, L3 ГЛОНАСС, L5 GPS, при этом диапазон частот L1 GPS может быть заменен на диапазон частот L1 Galileo, а диапазон частот L5 GPS на Е5а Galileo; причем каждый из используемых сигналов переизлучают отдельным частотно-избирательным ретранслятором, выделяющим с помощью полосового фильтра только используемую полосу частот, приемной и излучающей антенной; одновременно получают цифровую информацию из всех принятых сигналов позиционирования; одновременно вычисляют позицию (координаты) и текущее время UTC отдельно для каждого из принятых диапазонов частот СНС: L1 GPS, L1 ГЛОНАСС, L2 GPS, L2 ГЛОНАСС, L3 ГЛОНАСС, L5 GPS, при этом диапазон частот L1 GPS может быть заменен на диапазон частот L1 Galileo, диапазон частот L5 GPS на Е5а Galileo, причем полученные разные координаты соответствуют координатам приемных антенн, а время полученное в процессе вычисления каждой координаты равно сумме времени UTC, времени задержки в ретрансляторе и времени распространения сигнала от излучателя до приемника; причем для повышения точности позиционирования время распространения сигнала от приемной к передающей антенне выравнивают любым из известных способов (например подбирая длину кабеля); сравнивают полученные координаты для каждого диапазона соответствующей СНС, причем совпадение координат соответствует тому, что мультичастотный приемник находится во внешнем реальном навигационном поле, а расхождение координат соответствует тому, что мультичастотный приемник расположен в экранированном пространстве; решают задачу определения позиции антенны мультичастотного приемника, причем для этого используют координаты излучающих антенн, которые соответствуют координатам, полученным для каждого диапазона частот соответствующей СНС, и разность времени распространения сигналов между антеннами.The tasks are solved due to the fact that in the method of multi-frequency positioning in a shielded space, they simultaneously receive positioning signals for the SNS frequency ranges: L1 GPS, L1 GLONASS, L2 GPS, L2 GLONASS, L3 GLONASS, L5 GPS, while the frequency range L1 GPS can be replaced by the Galileo L1 frequency range, and the GPS L5 frequency range on the Galileo E5a; moreover, each of the signals used is re-emitted by a separate frequency-selective repeater that selects only the used frequency band, receiving and emitting antenna with a band-pass filter; simultaneously receive digital information from all received positioning signals; simultaneously calculate the position (coordinates) and current time UTC separately for each of the accepted SNA frequency ranges: L1 GPS, L1 GLONASS, L2 GPS, L2 GLONASS, L3 GLONASS, L5 GPS, while the frequency range L1 GPS can be replaced by the frequency range L1 Galileo, the frequency range L5 GPS on E5a Galileo, and the different coordinates obtained correspond to the coordinates of the receiving antennas, and the time obtained in the process of calculating each coordinate is equal to the sum of the UTC time, the delay time in the repeater and the propagation time of the signal from the emitter to the receiver; moreover, to increase the accuracy of positioning, the propagation time of the signal from the receiving to the transmitting antenna is leveled by any of the known methods (for example, selecting the cable length); comparing the obtained coordinates for each range of the corresponding SNA, and the coincidence of the coordinates corresponds to the fact that the multi-frequency receiver is in the external real navigation field, and the difference of coordinates corresponds to the fact that the multi-frequency receiver is located in the shielded space; they solve the problem of determining the position of the antenna of a multi-frequency receiver, and for this, the coordinates of the radiating antennas that correspond to the coordinates obtained for each frequency range of the corresponding SNA and the time difference between the antennas are used.

Данный способ реализуется системой мультичастотного позиционирования в экранированном пространстве, в котором ретрансляторы выполнены частотно-избирательными, причем каждый из используемых сигналов переизлучается отдельным частотно-избирательным ретранслятором, выделяющим с помощью фильтра только используемую полосу частот, приемной и излучающей антенной, причем излучающие антенны располагаются в разных местах экранированного помещения соосно с приемными антеннами, приемник сигналов СНС выполнен мультисистемным с возможностью приема сигналов СНС, по меньшей мере, в трех различных частотных диапазонах из следующего набора: L1 GPS, L1 ГЛОНАСС, L2 GPS, L2 ГЛОНАСС, L3 ГЛОНАСС, L5 GPS и обеспечивает определение координат и времени отдельно и одновременно по каждому из принимаемых диапазонов частот.This method is implemented by a multi-frequency positioning system in a shielded space in which the repeaters are frequency-selective, each of the signals being used is re-emitted by a separate frequency-selective repeater, which selects only the used frequency band, the receiving and radiating antennas, and the radiating antennas are located in different places of the shielded room coaxially with receiving antennas, the SNA signal receiver is multisystem with the ability receiving SNA signals in at least three different frequency ranges from the following set: L1 GPS, L1 GLONASS, L2 GPS, L2 GLONASS, L3 GLONASS, L5 GPS and provides the determination of coordinates and time separately and simultaneously for each of the received frequency ranges.

Также в частотно-избирательных ретрансляторах системы прием-передача диапазона частот L1 GPS может быть заменен на L1 Galileo, a L5 GPS на Е5а Galileo.Also, in the frequency-selective repeaters of the system, the L1 GPS frequency range transmit-receive can be replaced by L1 Galileo, and L5 GPS by E5a Galileo.

Также в частотно-избирательных ретрансляторах системы полосы пропускания фильтров, выделяющие рабочий диапазон частот, не должны пересекаться по частоте.Also in frequency selective repeaters of the system, the filter bandwidths emitting the operating frequency range should not overlap in frequency.

Также в системе приемные антенны и излучающие антенны сигналов СНС имеют одинаковые координаты соответственно, причем время распространения сигнала от приемной до излучающей антенны одинаковое.Also in the system, the receiving antennas and the emitting antennas of the SNA signals have the same coordinates, respectively, and the propagation time of the signal from the receiving to the emitting antenna is the same.

Также в приемнике сигналов СНС системы частотный диапазон L1 GPS может быть заменен на частотный диапазон L1 Galileo, а частотный диапазон L5 GPS на частотный диапазон Е5а Galileo.Also in the receiver of signals of the SNA system, the frequency range L1 GPS can be replaced by the frequency range L1 Galileo, and the frequency range L5 GPS by the frequency range E5a Galileo.

Также приемник сигналов СНС системы выполнен с возможностью решения навигационной задачи по разности времени распространения сигнала СНС от излучающих антенн, расположенных, по меньшей мере, в трех различных точках экранированного пространства.Also, the signal receiver of the SNA system is configured to solve the navigation problem by the difference in the propagation time of the SNA signal from radiating antennas located at least at three different points in the screened space.

Экранированное пространство системы имеет размеры, многократно превышающие длину волны сигналов используемых НКА, а излучающие антенны располагаются в верхней части экранированного пространства на максимальном удалении друг от друга.The shielded space of the system has dimensions that are many times greater than the wavelength of the signals used by the spacecraft, and the radiating antennas are located in the upper part of the shielded space at the maximum distance from each other.

Техническим результатом является повышение точности позиционирования в экранированном пространстве используя сигналы СНС, например, GPS, ГЛОНАСС, Galileo, Compass, GAGAN и обеспечение непрерывного решения навигационной задачи при переходе из внешнего навигационного поля СНС во внутрь экранированного пространства с помощью системы мультичастотного позиционирования в экранированном пространстве.The technical result is to increase the accuracy of positioning in shielded space using SNA signals, for example, GPS, GLONASS, Galileo, Compass, GAGAN and to provide a continuous solution to the navigation problem when moving from the external navigation field of the SNA to the inside of shielded space using a multi-frequency positioning system in shielded space.

Дополнительным техническим результатом является получение координат позиционирования без использования любых источников данных об излучающих антеннах в экранированном пространстве, включая базы данных.An additional technical result is to obtain positioning coordinates without using any data sources about radiating antennas in a shielded space, including databases.

Дополнительным техническим результатом является расширение области применения мультичастотной и мультисистемной НАП, а именно, позволяет использовать обычные мультисистемые, многочастотные приемники сигналов СНС для позиционирования в экранированном пространстве, без изменения их структуры.An additional technical result is the expansion of the scope of multi-frequency and multi-system NAPs, namely, it allows the use of conventional multi-system, multi-frequency receivers of SNA signals for positioning in a shielded space, without changing their structure.

Дополнительным техническим результатом является использование одних и тех же сигналов НКА СНС (псевдодальностей, цифровой информации) для позиционирования вне и внутри экранированного пространства.An additional technical result is the use of the same NSA SNA signals (pseudorange, digital information) for positioning outside and inside the shielded space.

Дополнительным техническим результатом является увеличение числа ситуаций, в которых могут использоваться глобальные навигационные системы позиционирования.An additional technical result is an increase in the number of situations in which global navigation positioning systems can be used.

На фиг.1 представлена структурная схема системы мультичастотного позиционирования в экранированном пространстве, которая содержит 1, 4, 7 - приемные антенны, 2, 5, 8 - полосовые фильтры, 3, 6, 9 - малошумящие усилители, 10 - экранированное пространство, 11, 12, 13 - излучающие антенны, 14 - мультичастотный приемник сигналов СНС, 15 - антенна мультичастотного приемника сигналов СНС.Figure 1 shows the structural diagram of a multi-frequency positioning system in a shielded space, which contains 1, 4, 7 - receiving antennas, 2, 5, 8 - bandpass filters, 3, 6, 9 - low noise amplifiers, 10 - shielded space, 11, 12, 13 - radiating antennas, 14 - multi-frequency receiver of SNA signals, 15 - antenna of a multi-frequency receiver of SNA signals.

Способ и система мультичастотного позиционирования в экранированном пространстве реализуются следующим образом.The method and system of multi-frequency positioning in a shielded space are implemented as follows.

В экранированном пространстве (10), имеющем размеры, многократно превышающие длину волны используемых сигналов СНС, в верхней части, на максимальном удалении друг от друга располагаются излучающие антенны (11, 12 и 13) в количестве не менее трех. К каждой излучающей антенне подключен, через линию передачи, длина которой подобрана таким образом, чтобы обеспечить одинаковую задержку сигналов от приемной до передающей антенны, соответствующий частотно-избирательный ретранслятор. Ретранслятор состоит из малошумящего усилителя соответственно (3, 6, 9), усиление которого подбирается таким образом, чтобы компенсировать потери в тракте от приемной антенны (1, 4, 7) до излучающей антенны (11, 12, 13), и полосового фильтра (2, 5, 8), позволяющего выделить один из частотных диапазонов СНС, например, L1 ГЛОНАСС, или L1 GPS, или L2 ГЛОНАСС, или L2 GPS. Полосовые фильтры подключаются к приемным антеннам соответственно.In the shielded space (10), which has dimensions many times greater than the wavelength of the used SNA signals, in the upper part, at a maximum distance from each other, there are emitting antennas (11, 12 and 13) in an amount of at least three. Each radiating antenna is connected, through a transmission line, the length of which is selected in such a way as to ensure the same delay of the signals from the receiving to the transmitting antenna, the corresponding frequency-selective repeater. The repeater consists of a low-noise amplifier, respectively (3, 6, 9), the gain of which is selected in such a way as to compensate for the path loss from the receiving antenna (1, 4, 7) to the radiating antenna (11, 12, 13), and a band-pass filter ( 2, 5, 8), which makes it possible to single out one of the frequency ranges of the SNA, for example, L1 GLONASS, or L1 GPS, or L2 GLONASS, or L2 GPS. Bandpass filters are connected to receiving antennas, respectively.

Приемник сигналов СНС (14) с антенной приемника сигналов СНС (15), попадая в сформированное таким образом навигационное поле, получит разные координаты по выбранным частотным диапазонам и СНС, соответствующие фазовым центрам соответствующих приемных антенн. При этом, в результате решения навигационной задачи, получится разная длина трассы от излучающей антенны до приемника сигналов СНС. Зная длину трассы и координаты излучающих антенн, решается задача позиционирования антенны приемника сигналов СНС по способу мультичастотного позиционирования в экранированном пространстве. Данный способ позволяет использовать обычные мультисистемые, многочастотные приемники сигналов СНС для позиционирования в экранированном пространстве, без изменения их структуры.The SNA signal receiver (14) with the SNA signal receiver antenna (15), falling into the navigation field thus formed, will receive different coordinates for the selected frequency ranges and SNA corresponding to the phase centers of the corresponding receiving antennas. At the same time, as a result of solving the navigation problem, a different path length will be obtained from the radiating antenna to the SNA signal receiver. Knowing the path length and the coordinates of the emitting antennas, the problem of positioning the antenna of the SNA signal receiver is solved by the method of multi-frequency positioning in a shielded space. This method allows the use of conventional multisystem, multi-frequency receivers of SNA signals for positioning in a shielded space, without changing their structure.

Приемник сигналов CMC обеспечивает определение координат и времени по каждому из принимаемых диапазонов частот, а также обеспечивает решение навигационной задачи по разности времени распространения сигнала от излучающих антенн, расположенных как минимум в трех различных точках экранированного пространства.The CMC signal receiver provides the determination of coordinates and time for each of the received frequency ranges, and also provides a solution to the navigation problem by the difference in the propagation time of the signal from the radiating antennas located at least three different points of the shielded space.

Антенны для приема и излучения сигналов ГНСС представляют собой широкополосную антенну с диапазоном рабочих частот от 1,1 ГГц до 1,67 ГГц.The antennas for receiving and emitting GNSS signals are a broadband antenna with a range of operating frequencies from 1.1 GHz to 1.67 GHz.

Частотно-избирательный ретранслятор состоит из полосового фильтра, малошумящего усилителя и линии передачи, причем полосовые фильтры представляют собой фильтры с характеристиками: затухание в рабочей полосе частот не более 3 дБ, вне рабочей полосы частот - более 40 дБ, а малошумящие усилители представляют собой малошумящие усилители с усилением от 10 до 40 дБ (в зависимости от длины передающего тракта).A frequency selective repeater consists of a band-pass filter, a low-noise amplifier and a transmission line, and the band-pass filters are filters with the following characteristics: attenuation in the working frequency band no more than 3 dB, outside the working frequency band more than 40 dB, and low-noise amplifiers are low-noise amplifiers with amplification from 10 to 40 dB (depending on the length of the transmitting path).

Приемник навигационный для приема сигналов СНС представляет собой любой мультичастотный спутниковый приемник сигналов СНС, например ПСНМ, разработанный в ЗАО «КБ НАВИС».The navigation receiver for receiving SNA signals is any multi-frequency satellite receiver of SNA signals, for example, PSNM, developed by ZAO KB NAVIS.

Экранированное пространство - пространство, в котором не доступны для приема сигналы СНС GPS, GLONASS, Galileo, Compass, GAGAN.Shielded space - a space in which GPS, GLONASS, Galileo, Compass, GAGAN GPS signals are not available for reception.

Линия передачи представляет собой ВЧ соединительный кабель.The transmission line is an RF connection cable.

Данное техническое решение может быть использовано в позиционных системах ориентации подвижных объектов различной физической природы внутри экранированного пространства с помощью обычного мультичастотного приемника сигналов СНС для позиционирования без изменения их структуры, например, в подземных переходах, станциях метро, внутри помещений, тоннелях, ущельях и др.This technical solution can be used in positional orientation systems of moving objects of various physical nature inside a shielded space using a conventional multi-frequency receiver of SNA signals for positioning without changing their structure, for example, in underground passages, metro stations, indoors, tunnels, gorges, etc.

Claims

1. A method of multi-frequency positioning in a shielded space, including receiving GPS positioning signals (GPS) in the form of pseudorange and digital information, receiving data from a positioning signal in the form of digital information about the position of each satellite, processing navigation messages, calculating position (coordinates) and UTC (Coordinated Universal Time) GPS time of navigation equipment of consumers (NAP), characterized in that they simultaneously receive signals positioning for the SNS frequency ranges: L1 GPS, L1 GLONASS, L2 GPS, L2 GLONASS, L3 GLONASS, L5 GPS, while the frequency range L1 GPS, for example, is replaced with the frequency range L1 Galileo, and the frequency range L5 GPS with E5a Galileo; moreover, each of the signals used is re-emitted by a separate frequency-selective repeater that selects only the used frequency band, receiving and emitting antenna with a band-pass filter; simultaneously receive digital information from all received positioning signals; simultaneously calculate the position in the form of coordinates and the current time UTC separately for each of the accepted SNA frequency ranges: L1 GPS, L1 GLONASS, L2 GPS, L2 GLONASS, L3 GLONASS, L5 GPS, for example, the frequency range L1 GPS, for example, is replaced by a frequency range L1 Galileo, the frequency range L5 GPS on E5a Galileo, and the received different coordinates correspond to the coordinates of the receiving antennas, and the time obtained in the process of calculating each coordinate is equal to the sum of the UTC time, the delay time in the repeater and the propagation time of the signal from the emitter to the receiver; moreover, to improve positioning accuracy, the propagation delay of the signal from the receiving to the transmitting antenna is aligned; comparing the obtained coordinates for each range of the corresponding SNA, and the coincidence of the coordinates corresponds to the fact that the multi-frequency receiver is in the external real navigation field, and the difference of coordinates corresponds to the fact that the multi-frequency receiver is located in the shielded space; solve the problem of determining the position of the antenna of the multi-frequency receiver, and for this, the coordinates of the radiating antennas are used, which correspond to the coordinates obtained for each frequency range of the corresponding SNA, and the difference in the propagation time of the signals between the radiating antennas.

2. A multi-frequency positioning system in a shielded space, containing three GPS receiving antennas, designed to receive GPS signals from at least three GPS satellites, at least three radio frequency (RF) GPS repeaters, designed to amplify GPS signals, outgoing from directional GPS receiving antennas, the RF GPS repeater consists of a bandpass filter to reduce noise, a low-noise amplifier to amplify the GPS signal, a transmission line for transmitting signals from GPS receiving antennas to radiating m GPS antennas, at least three GPS emitting antennas designed to transmit GPS signals coming from RF GPS repeaters to a shielded space, at least one GPS receiver designed to receive GPS signals coming from GPS emitting antennas, GPS antenna a receiver, characterized in that the repeaters are frequency-selective, each of which provides reception and transmission of one frequency range of the SNA: L1 GPS, or L1 GLONASS, or L2 GPS, or L2 GLONASS, or L3 GLONASS, or L5 GPS, respectively, emitting en the tents are located in different places of the shielded room coaxially with the receiving antennas, the SNA signal receiver is multisystem capable of receiving SNA signals in at least three different frequency ranges from the following set: L1 GPS, L1 GLONASS, L2 GPS, L2 GLONASS, L3 GLONASS , L5 GPS and provides the determination of coordinates and time separately and simultaneously for each of the received frequency ranges.

3. The multi-frequency positioning system in the shielded space according to claim 2, characterized in that in frequency selective transponders the transmit-receive frequency range of the L1 GPS, for example, is replaced by L1 Galileo, and L5 GPS by E5a Galileo.

4. The multi-frequency positioning system in the shielded space according to claim 2, characterized in that in the frequency-selective repeaters of the system, the passband of the bandpass filters that select the operating frequency range do not intersect in frequency.

5. The multi-frequency positioning system in the shielded space according to claim 2, characterized in that the receiving antennas and emitting antennas of the SNA signals have the same coordinates, respectively, and the propagation time of the signal from the receiving to the emitting antenna is the same.

6. The multi-frequency positioning system in the shielded space according to claim 2, characterized in that in the SNA signal receiver the frequency range L1 GPS, for example, is replaced by the frequency range L1 Galileo, and the frequency range L5 GPS by the frequency range E5a Galileo.

7. The multi-frequency positioning system in the shielded space according to claim 2, characterized in that the SNA signal receiver is configured to solve a navigation problem in terms of the difference in the propagation time of the SNA signal from radiating antennas located at least at three different points in the shielded space.