WO2011108958A1 - Способ локации радиоузла, система локации радиоузла и узел обработки данных - Google Patents

Способ локации радиоузла, система локации радиоузла и узел обработки данных Download PDF

Info

Publication number
WO2011108958A1
WO2011108958A1 PCT/RU2010/000489 RU2010000489W WO2011108958A1 WO 2011108958 A1 WO2011108958 A1 WO 2011108958A1 RU 2010000489 W RU2010000489 W RU 2010000489W WO 2011108958 A1 WO2011108958 A1 WO 2011108958A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
radio
location
radio node
node
accuracy
Prior art date
Application number
PCT/RU2010/000489
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Александр Сергеевич ГАЛОВ
Денис Евгеньевич ГОРДЕЕВ
Алексей Петрович МОЩЕВИКИН
Алексей Владимирович СОЛОВЬЕВ
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Ptл-Cepвиc"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Ptл-Cepвиc" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Ptл-Cepвиc"
Priority to US13/261,428 priority Critical patent/US20130141283A1/en
Publication of WO2011108958A1 publication Critical patent/WO2011108958A1/ru

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/14—Determining absolute distances from a plurality of spaced points of known location
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/08—Position of single direction-finder fixed by determining direction of a plurality of spaced sources of known location

Definitions

  • the present group of inventions relates to wireless radio communications and, in particular, to devices and methods for determining the location (location) of a radio node relative to the location of radio nodes with a previously known
  • RZIM location
  • GNSS global navigation
  • GPS and GLONASS Global Navigation Satellite Systems
  • the principle of calculating the location is based on measuring the propagation delay of a short radio pulse from sending its REE (that is, by satellite) to receiving it by the radio node. Knowing the signal propagation time (hereinafter - “TOF”, from the English “Time of Flight”), we can calculate the distance between them.
  • TOF signal propagation time
  • TOF the signal propagation time
  • 4 RZIM are needed.
  • the disadvantage of satellite global navigation systems is that the signals of the satellites are so weak that it is impossible to accurately determine the coordinates in the premises, therefore, such systems cannot be used for third-party control of the movements of the radio center.
  • the disadvantages of the methods based on RSSI measurement are that the measured power of the input signal is strongly influenced by the propagation conditions and the method of detecting radio waves, in particular the anisotropy of the antennas in the direction of the radio signal, the presence and nature of the radio noise (not necessarily in the same frequency range), features terrain, changing the relative position of objects in the location zone during the measurement process (especially indoors), fluctuations in the supply voltage, changing atmospheric conditions during the measurement,
  • the equipment is characterized by coarse sampling of measurements and a narrow dynamic range and does not allow to measure the radio signal power with the desired accuracy.
  • the RTT method for measuring distances is widely known (from the English “Roundtrip Time”), in which TOF is measured when a radio signal propagates from one radio node to another and in the opposite direction (see the article by Gogolev A., Ekimov D.,
  • the radio node 1 transmits to the radio node 2 the first radio signal containing a measurement request (packet "DATA"), and fixes the transmission time; after receiving the first: - the radio node 2 immediately transmits the second radio signal (“ASK” packet) to the radio node 1 and, finally, the radio node 1 fixes the reception time of the second radio signal.
  • the signal propagation time t p is usually calculated by the formula:
  • T 0 operation is the time measured by the radio node 2 from the moment the first radio signal was received until the second radio signal was transmitted.
  • the distance between the radio nodes is calculated by the known propagation speed of the radio signal.
  • the disadvantage of this method is that the accuracy of the measurements is reduced due to the inability to compensate for the difference in the speed of the clock (clock drift) in the mentioned radio nodes (see the above article by A. Gogolev).
  • the aforementioned RTT determination session is carried out twice, first, as shown in FIG. 3, the measurement session initiates the radio node 1, and then the radio node 2, after which the average propagation time is calculated signal.
  • This method is called the symmetric two-sided two-stage distance measurement (SDS-TWR from the English. ((Symmetric Double Sided Two Way Ranging ”, for more details, see the above article by A. Gogolev et al.).
  • the measured distances are always higher than the shortest distances between the REIM and the radio node.
  • the distance between the radio node and at least one RZIM is measured using RSSI and / or TOF and at the same time the direction of the radio signal from the radio node is determined (AO A, from English ( (Angle of Arrival ”and DoA from the English. ((Direction of Arrival))).
  • distances are measured many times, and the obtained series of measurements are processed by statistical methods.
  • a known method of location of the radio node in which the accuracy is increased by filtering clearly overestimated measurements by means of histograms; additionally, the results can be improved by the least squares method with weights specified under the assumption that the radio unit is moving uniformly (US Pat. No. 7383053).
  • the known methods do not provide location of the radio node with an accuracy of 1 to 3 meters under conditions of strong shielding of the radio signal, in conditions of indirect distribution of the radio signal, and / or with a changing relative position of objects in the location zone.
  • the present group of inventions relates to wireless radio communications and, in particular, to devices and methods for determining the location (location) of a radio node relative to the location of radio nodes with a previously known
  • the technical result consists in increasing the noise immunity of the location method, reducing the duration of the measuring period, and the possibility of locating heterogeneous radio nodes by the method used to determine movement.
  • the claimed group of inventions solves the problem of increasing the accuracy of the location of the radio node by the propagation time of the radio signal between the radio node and the radio nodes with previously known locations in the conditions of indirect distribution of the radio signal, and / or with a changing relative position of objects in the location zone (i.e., increasing noise immunity).
  • the tasks are solved due to the fact that in the method for locating a radio node by measuring the distances between the said radio node and radio nodes with previously known locations (REIM) according to the propagation time
  • the location is calculated taking into account the minimum distances measured over the entire period of immobility during which the mentioned motion parameters and the change in the mentioned power are less than the threshold values, and the aforementioned
  • a joint measurement of acceleration and signal power allows you to get accurate locations even for nodes that are not equipped with speed or displacement measurement tools. It also allows you to use the system for the location of heterogeneous radio stations, one part of which can only be equipped with acceleration measuring instruments (for example, accelerometers), and the other part can only be equipped with for measuring speed and / or movement (for example, speedometers, tachometers, odometers and / or frequency shift sensors).
  • acceleration measuring instruments for example, accelerometers
  • speed and / or movement for example, speedometers, tachometers, odometers and / or frequency shift sensors.
  • R + dRi, R + dR 2 , ..., R + dR n is a series of N measured reference distances between the radio node and the RZIM, where R is the true distance value, a dRj is the i-oro measurement error, a dR m is the minimum error, then for the average value in US patent N ° 7042391 we get:
  • the minimum value of the measured distance from REE to a stationary radio station is selected, and therefore the minimum error dR m . Therefore, the distance between the stationary radio unit and the REIM, determined for N measurements, corresponds to the formula
  • the claimed method overcomes the fundamental limitations of accuracy inherent in methods based on the statistical processing of information about power of the radio signal and about the acceleration of the radio node, since for the location of the radio node on the basis of N measured reference distances from the radio node to the REIM, instead of averaging all the data, each of which contains an error, the only most accurate measurement of all N measurements is selected.
  • the means of measuring the power of the radio signal can be placed in the radio node or in the REIM. Moreover, when the power measuring instruments are located in the radio node, the parameters of the radio signal power are transmitted to the data processing unit via a wireless telecommunication communication channel.
  • a magnetometer an accelerometer with an inertial mass
  • a speedometer an odometer or a tachometer
  • these means must be designed so that the radio unit moves with them. If measuring motion parameters (e.g. speed and / or
  • frequency difference is carried out by Doppler shift, it is preferable to place the sensor of the frequency difference in the REIM. If the frequency difference sensor is located in the radio node, then. frequency offset parameters are transmitted to the processing node via a wireless telecommunication channel.
  • the radio unit can be additionally equipped with means for controlling movement and / or direction of movement, such as a magnetometer (in particular, a magnetic compass), an accelerometer with the ability to measure accelerations along several axes, a gyroscope and an odometer.
  • a magnetometer in particular, a magnetic compass
  • an accelerometer with the ability to measure accelerations along several axes
  • a gyroscope and an odometer.
  • the distance between the REE and a specific radio node for example, times the propagation of the radio signal between the REIM and the radio node or the distance in meters
  • the parameters of the radio signal power for example, the absolute value of the power, or its change in a given period of time
  • the motion parameters were transmitted into a single information environment and were taken into account when calculating the location and location accuracy. This can be achieved, in particular, by transmitting data in digital form in telecommunication channels wired and / or
  • the radio nodes can read each type of the aforementioned data with the same periodicity or with different periodicity, but then for subsequent processing the data is supplied with tags that allow them to be combined in time.
  • Processing of measurement results can be carried out by various means
  • the distance between the radio node and the REIM is measured by the method of symmetric two-sided two-stage distance measurement (SDS-TWR).
  • the distance between the radio node and the REIM is measured by the RTT method.
  • radio nodes are used that are located previously. This can make it possible to obtain locations of objects even in those cases when the radio node is outside the coverage area provided by stationary REIM, as well as in cases where the accuracy of measurements between the radio nodes, position one of which was determined earlier, higher than the accuracy of measurements between the radio node and stationary REIM.
  • the distance to at least one RZIM is measured.
  • the exact location in this case is determined taking into account the data on the trajectory from which the radio node cannot deviate due to some restrictions.
  • the radio unit is moving along railway tracks or along a previously known track, then its location can be uniquely determined by the measured distance to a single REIM.
  • a distance of at least three RZIM located at a distance from each other is measured. This allows you to determine the location of the radio node using known triangulation methods.
  • the accuracy of the location depends on the size and / or area of the area of overlapping circles with centers in the REE and radii equal to the measured distances. Moreover, the more RZIM used for location, the usually smaller the area of this figure and, therefore, higher accuracy. However, to save radio air, it is desirable to minimize the amount of REE necessary to achieve the desired location accuracy. In order to achieve a balance between the accuracy of location and the load of the radio, they seek to achieve the specified accuracy of the location through the use of
  • the distances between said radio node and additional RIM are measured.
  • an amount of REE is used that is sufficient to achieve a predetermined location accuracy.
  • the used REMs are selected taking into account the power of the radio signal from said radio node.
  • measurements are taken of the distances to all or several additional REIMs in the coverage area of which the radio node is located, and additional REIMs are ordered by the strength of their influence on location accuracy, and then additional REIMs are sequentially connected in order to decrease the strength of their influence on location accuracy.
  • the used REEs are selected by comparing the strength of the effect of REEs on the location accuracy of said radio node.
  • the location of the radio node is calculated taking into account the distance between the radio node and the REIM according to various algorithms.
  • the geometrical location of the internal point of the area of overlapping circles with the centers in the said RZIM and radii equal to the measured distances between them and the said radio node is calculated.
  • the geometrical location of an internal point equidistant from the boundaries of said region is calculated as a location.
  • the geometrical location of the internal point which is the conditional center of mass, is calculated as the location
  • said region is constructed taking into account distances previously adjusted depending on the signal strength. This allows you to additionally take advantage of RSSI measurements in cases where they do not differ from the results of measurements using the TOF method.
  • the accuracy of the measurements can be further improved if we exclude from the above-mentioned overlapping areas those areas in which the radio center obviously cannot be located, for example, steep mountain slopes, fenced areas, or terrain sections located far from roads for radio nodes moving along
  • the predetermined areas in which the radio node cannot be located are excluded from said circle overlapping area.
  • the measurement of said radio unit motion parameter is carried out by means of a magnetometer, accelerometer, odometer, tachometer and / or speedometer.
  • the measurement of the parameter of the radio node motion is carried out by the Doppler frequency shift of the radio signal.
  • a radio signal for example, information on the phase difference of a radio signal arriving at antennas located close to one another.
  • the phase difference of the radio signal from the radio node is additionally measured to determine the direction of its propagation.
  • the greatest saving of radio air is achieved when using a single radio signal when measuring distance and power.
  • An even greater saving of radio air is achieved when a single radio signal is used when measuring distance, power and transmitting information.
  • radio nodes with a known location and radio nodes whose location must be determined, as well as
  • Another object of the claimed group of inventions is a radio node location system in which the above task of increasing the accuracy of a location is solved due to the fact that it contains:
  • radio nodes with a known location (REE)
  • BP distance calculator
  • VL location calculator
  • the accuracy calculator (BT) of the locations of the said radio node depending on the size of the area of overlapping circles with centers in the REE and radii equal to the distances between it and the REE,
  • a displacement calculator (VP) of said radio node with a predetermined speed limit for a period of time between successive
  • IPDR radio node
  • IM power parameter meter
  • PC first comparator
  • VK a second comparator connected to the MI and configured to compare the input value with a predetermined threshold value
  • the fourth comparator (HK) connected to the BP and configured to compare the input value and the value in the memory
  • the first logical computer (PLV), configured to
  • VLV the second logical computer
  • ST the recording unit
  • PC, VK, and TC outputs are connected to the PLV input, PLV output and the CC output are connected to the VLV input, and the VLV output is connected to the ST.
  • the system can be additionally equipped with controls and improve the accuracy of locations.
  • the system further comprises a fifth comparator (5 K) configured to compare said location accuracy with a predetermined threshold value and a sixth comparator (CC) configured to compare the effects of said REMs on said location accuracy and a control unit (CU) made with the possibility of activating such an amount of REE that is necessary to achieve location accuracy above the above threshold value.
  • a fifth comparator (5 K) configured to compare said location accuracy with a predetermined threshold value
  • a sixth comparator configured to compare the effects of said REMs on said location accuracy
  • CU control unit
  • Functional elements of the system can be made of known elements interconnected according to known rules. Any universal or specialized analog and / or digital processors, controllers, microcontrollers and / or reconfigurable systems are suitable.
  • VL, BP, VT, VP, PLV, VLV, PC, VK, TK, ChK, ZB, 5K, ShK and BU are combined in one integrated circuit.
  • the mentioned elements can be implemented on the basis of known
  • Functional elements of the said system can be implemented in the form of hardware or software and hardware containing in hardware well-known universal processors (for example, with RISC, MISC or CISC architecture), ASIC processors, DSP processors, programmable logic integrated circuits (FPGAs) and / or electronic analog computing devices.
  • universal processors for example, with RISC, MISC or CISC architecture
  • ASIC processors for example, with RISC, MISC or CISC architecture
  • DSP processors digital signal processors
  • FPGAs programmable logic integrated circuits
  • At least one of VL, BP, VT, VP, PLV, VLV, PC, VK, TK, ChK, ZB, 5K, ShK and BU is based on at least one universal processor, ASIC processor, DSP processor, programmable logic integrated circuit (FPGA) and / or electronic analog
  • RZIM and VL, BP, VT, VP, PLV, VLV, PC, VK, TK, ChK, ZB, 5K, ShK and BU are connected by a single wired and / or wireless network.
  • Various means are suitable for measuring the motion parameter of a radio node.
  • the IPDR is a magnetometer, accelerometer, odometer, tachometer and / or speedometer.
  • the IPDR is based on
  • Another object of the claimed group of inventions is a data processing unit for implementing a method for locating a radio node, in which the above task of increasing the accuracy of a location is solved due to the fact that it contains:
  • TI telecommunication interface
  • REE predetermined location
  • VL location transmitter
  • the accuracy calculator (BT) of the locations of the said radio node depending on the size of the area of overlapping circles with centers in the REE and radii equal to the distances between it and the REE,
  • a displacement calculator (VP) of said radio node with a predetermined speed limit for a period of time between successive
  • a first comparator configured to compare said motion parameters with predetermined threshold values
  • VK a second comparator
  • the fourth comparator (HK) connected to the BP and configured to compare the input value and the value in the memory
  • the first logical computer (PLV), configured to
  • VLV the second logical computer
  • ST the recording unit
  • PC, VK and TC outputs are connected to the PLV input, the PLV output and the HK output
  • At least two of the overhead lines, BP, BT, VP, PLV, VLV, PC, VK, TC, CC, and ST are arranged in one integrated circuit.
  • At least one of VL, BP, VT, VP, PLV, VLV, PC, VK, TC, CC, and ST is made based on at least one universal processor, ASIC- processor, DSP processor, programmable logic integrated circuit (FPGA) and / or electronic analog
  • RZIM and VL, BP, VT, VP, PLV, VLV, PC, VK, TK, ChK, and ST are connected by a single wired and / or wireless network.
  • the assembly further comprises a distance calculator (BP) between the RZIM and said radio node.
  • BP distance calculator
  • comparator can be implemented on the basis of operational amplifiers, or on the basis of a hardware-software complex, for example, a general-purpose computer equipped with software that provides data comparison.
  • the claimed group of inventions can be used to control the location (both in real time and according to recoverable data) and the movement of personnel on the production site.
  • Figure 1 shows a typical graph of power measurements
  • the radio signal (RSSI) from the true shortest distance between the REIM and the radio node.
  • FIGS. 2 and 3 are timing charts illustrating distance measurement using the RTT (TWR) method (FIG. 2) and the SDS-TWR method (FIG. 3).
  • 4 is a diagram illustrating how refinement of a distance helps to improve positioning results.
  • 5 is a diagram illustrating how data accumulation helps to improve the location results of a stationary object.
  • Figure 6 schematically shows the composition of a typical system for determining the location of the radio node.
  • Figure 7 shows a diagram illustrating the operation of determining the accuracy of the location.
  • On Fig shows a diagram illustrating the location when the radio node is outside the polygon.
  • Fig. 9 is a diagram illustrating a location by calculating a geometrical location of a point equidistant from circles previously corrected for an error
  • Figure 10 shows a diagram illustrating the operation of smoothing the path of the radio node using the least squares method.
  • Figure 1 1 shows the functional elements and relationships of the claimed location system.
  • the method is as follows: during the measurement period, measure the distance between the radio node and the radio nodes with previously known locations (REIM) according to the propagation time of the radio signal between them (for example, according to the RTT, TWR and / or SDS-TWR method),
  • the motion parameters of said radio node are measured (for example, acceleration, speed or movement),
  • the parameter of the radio signal power from the aforementioned radio node for example, measure the power of the radio signal arriving at the REE involved in measuring the propagation time of the radio signal
  • the accuracy of the location is calculated depending on the size of the area of overlapping circles with centers in the aforementioned REIM and radii equal to the measured distances between them and the said radio node (for example, according to example 5), the mentioned motion parameters and the change in the mentioned power (for example, during the reading period) are compared with predetermined threshold values, and said movement is with said location accuracy (for example, by means of the system described in example 2) and
  • the location of the said radio node is calculated taking into account the minimum distances measured over the entire period of immobility during which the mentioned motion parameters and the change in the said parameters of the radio signal power are less than the threshold values, and the said movement is less than the specified location accuracy.
  • the location system of the radio node operates as follows.
  • RZIM (3) and radio nodes using IW measure the propagation time of a radio signal using one of the TOF methods.
  • the distance between the radio node and the REIM (3) is calculated by means of BP (14).
  • the sizes of the area of overlapping circles with centers in the REIM (3) and radii equal to the calculated distances are determined, and the location accuracy is calculated by means of the VT (10).
  • the possible location of the radio node is calculated taking into account the calculated distances by means of an overhead line (20).
  • VP (9) the possible movement of the radio node is calculated taking into account its predetermined maximum speed and the length of the time period between successive locations.
  • the object’s motion parameter is measured by means of an IPDR (7) (for example, by means of a magnetometer, accelerometer, speedometer, odometer, tachometer).
  • MI (8) the power of the radio signals from the said radio node is measured.
  • PC (11) the radio node motion parameter is compared with a predetermined threshold value.
  • VK (12) the change in the power of the radio signal is compared with a predetermined threshold value.
  • the TC (13) the calculated displacement is compared with the calculated location accuracy.
  • the calculated distances are compared with the calculated distance from the memory (19).
  • the logical function “OR-NOT” is calculated that takes the value “true” if none of the parameters of the object’s movement or the change in signal power is higher than the threshold values and the calculated displacement is lower than the calculated measurement accuracy.
  • VLV (18) a logical function “AND” is calculated that takes the value “true” if the calculated distance is less than the calculated distance in the memory (19) and the logical function “OR-NOT” has the value “true”.
  • ST (21) the calculated distance in the memory (19) is recorded if the mentioned function “AND” has the value “true”.
  • Figure 4 clearly shows how exactly the accumulation of locations of a stationary radio node can improve accuracy.
  • the claimed method is used in a system containing radio nodes, RZIM, and data management and data processing (LMS), as shown in Fig.6, where positions 1-6 indicate the following elements: a control, switching, collection server and data processing (1), switch (2), RZIM (3), radio node (4), the world wide Internet (5) and the coverage area of RZIM (6).
  • RZIM radio nodes
  • LMS data management and data processing
  • Radio nodes can periodically exit from low
  • RZIM radio frequency division multiplexing
  • RZIM continuously receive the above-mentioned radio signals “I woke up” from all radio nodes located in the coverage area, continuously receive and transmit radio signals associated with the measurement distances by the claimed method, only from / to the radio nodes for which they are competent and transmit information about the received signals "I woke up” and the results of measurements and / or calculations in a single information environment for the ODS.
  • SU OD receive information about the receipt of the mentioned radio signals “I woke up”, collect measurement data and / or calculations, based on them calculate the location of the radio node and, if necessary, save the location in the database.
  • the selection of REEs competent for a particular radio node can be carried out by the criterion of signal strength or by the criterion of the strength of the effect of REE on the accuracy of the location.
  • the system allows you to determine the location of the radio node both indoors and outdoors, in which RZIM are located, in the conditions of both direct and indirect distribution of the radio signal.
  • the measured distances are represented as circles, the centers of which are REIM, and the radio node should be in the area of their overlap.
  • the position of the radio node (point X) is chosen equidistant from the arcs that form the location area. If such a point does not exist (this is possible, in particular, if the overlap region is formed by four or more circles), then the position of the radio node is chosen so that the difference between the segments XRj - XR j is minimal (i.e.
  • locations choose the average difference of the segments OiRj - OjX, where n is the number
  • Ace (OiRi-OiX + 0 2 R 2 -0 2 X + 0 3 R 3 -
  • Figure 5 clearly shows how exactly the increase in the number of REE allows you to clarify the location of a fixed radio site.
  • the location can be calculated from the k + j values of the distances to the REEM during the rest period of the radio node.
  • the coordinates of the radio node and the corresponding location accuracy can be
  • the trajectory can be further smoothed by known methods, for example, using the least squares method.
  • X oi (l / AcCi) Xai + (l / Acc i + i) Xa (i + i) + (1 / Assm) Ha (
  • +2)) / (1 / AcCj + 1 / AcCi + i + l / Acc i + 2 ), Y oi (l / AcCj) Y ai + (l / Accj + i) Y a (i + 1) + (l / Accj + 2 ) Y a (i + 2 )) / (1 / Accj + l / Acc j + i + l / Acc i + 2 ), where i is the integer 1, 2 or 3
  • the locations of the radio node select the points ol, o2, oZ, or approximate them by the line L, for example, using the least squares method.
  • the coordinates are obtained by averaging the coordinates of the intersection points of the circles forming the overlapping region.
  • the coordinates of the points of intersection of the circles can be averaged with coefficients depending on the power of the radio signal.
  • the polygon formed by REE can also be applied when the object is inside the polygon in the case of terrain where the reflections are negligible.

Abstract

Настоящая группа изобретений относится к беспроводной радиосвязи и, в частности, к устройствам и способам для определения местоположения (локации) радиоузла относительно местоположения радиоузлов с заранее известным местоположением. Предложен способ и система локации радиоузла, а также узел обработки данных, в которых улучшение точности локаций достигается за счет выбора минимальных значений расстояний, измеренных по времени распространения радиосигнала за весь период неподвижности радиоузла. Технический результат - повышение помехоустойчивости способа локации, сокращение длительности измерительного периода, возможность локации радиоузлов разнородных по используемому способу определения движения.

Description

СПОСОБ ЛОКАЦИИ РАДИОУЗЛА, СИСТЕМА ЛОКАЦИИ РАДИОУЗЛА И УЗЕЛ
ОБРАБОТКИ ДАННЫХ
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящая группа изобретений относится к беспроводной радиосвязи и, в частности, к устройствам и к способам для определения местоположения (локации) радиоузла относительно местоположения радиоузлов с заранее известным
местоположением (далее - «РЗИМ»).
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известны спутниковые системы глобальной навигации (GNSS), например, GPS и ГЛОНАСС. Принцип расчета локации основан на измерении задержки распространения короткого радиоимпульса от посылки его РЗИМ (то есть - спутником), до приёма его радиоузлом. Зная время распространения сигнала (далее - «TOF», от англ. «Time of Flight»), можно рассчитать расстояние между ними. Для определения трехмерного положения мобильного объекта в идеальном случае необходимо 4 РЗИМ. Недостаток спутниковых систем глобальной навигации состоит в том, что сигналы спутников настолько слабы, что невозможно точное определения координат в помещениях, следовательно, такие системы нельзя использовать для стороннего контроля перемещений радиоузла.
Известны способы навигации, в которых для увеличения точности систем глобальной спутниковой навигации используют дополнительные наземные РЗИМ
(Assisted GPS (A-GPS), см. Goran М. et al. «Geolocation and Assisted GPS», Computer, 2001, 2: 123-5). Это позволяет частично устранить проблему локации радиоузлов,
расположенных внутри помещений. Общий недостаток всех систем глобального позиционирования состоит в высокой стоимости оборудования, обеспечивающего точную синхронизацию всех РЗИМ по времени.
Известны способы локации радиоузлов посредством наземных РЗИМ, не требующие точной синхронизации РЗИМ по времени. В частности, большой
популярностью в настоящее время пользуются способы, основанные на измерении мощности входного сигнала (сокращенно - «RSSI», от англ. «Receive Signal Strength Indication)), см., например, статью Zhang Jianwu, Zhang Lu «Research on distance measurement based on RSSI of ZigBee» Computing, Communication, Control, and
Management, 2009, 3(8-9):210-2).
Недостатки способов, основанных на измерении RSSI, связаны с тем, что на измеренную мощность входного сигнала сильно влияют условия распространения и способ детектирования радиоволн, в частности анизотропия антенн по направлению радиосигнала, наличие и характер радиопомех (не обязательно в том же частотном диапазоне), особенности рельефа местности, изменение взаимного расположения объектов в зоне локации в процессе измерений (особенно внутри помещений), колебания напряжения питания, изменение атмосферных условий в процессе измерений,
покачивания антенн и т.д. (см статью Eiman Elnahrawy, Xiaoyan Li, Richard P. Martin, «The Limits of Localization Using Signal Strength: A Comparative Study » IEEE SECON, October 2004) Действие этих факторов выражается в непредсказуемых флуктуациях мощности радиосигнала (см. там же). Типичная кривая зависимости измеренного RSSI от истинного кратчайшего расстояния между радиоузлами обозначена на фиг.1 линией из точек, которая, как видно, располагается выше уровня RSSIi, соответствующего пределу чувствительности РЗИМ (вертикальными линиями обозначены доверительные
интервалы). Как следует из фиг.1, даже по точному мгновенному значению мощности T/RU2010/000489 радиосигнала (например, по уровню RSSI2), невозможно точно определить расстояние между радиоузлами. Этот недостаток усугубляется еще и тем, что современное
оборудование характеризуется грубой дискретизацией измерений и узким динамическим диапазоном и не позволяет с желаемой точностью измерять мощность радиосигнала.
Известны способы локации радиоузла посредством наземных РЗИМ, не требующие их точной синхронизации по времени, основанные на точном измерении времени распространения радиосигнала между, по меньшей мере, тремя наземными РЗИМ и радиоузлом (Time of Flight, сокращенно - TOF).
В частности, широко известен способ измерения расстояний методом RTT (от англ. «Roundtrip Time»), в котором измеряют TOF при распространении радиосигнала от одного радиоузла к другому и в обратном направлении (см. статью Гоголев А., Екимов Д.,
Екимов К., Мощевикин А., Федоров А., Цыкунов И. «Точность определения расстояний с помощью технологии nanoLoc» Беспроводные технологии, 2008, 2:48-51). Для этого, как показано на фиг.2, радиоузел 1 передает радиоузлу 2 первый радиосигнал, содержащий запрос на измерение (пакет «DATA»), и фиксирует время передачи; после приема первого :- радиосигнала радиоузел 2 немедленно передает радиоузлу 1 второй радиосигнал (пакет «АСК») и, наконец, радиоузел 1 фиксирует время приема второго радиосигнала. Считая время обработки сигналов обоими радиоузлами одинаковым, время распространения сигнала tp обычно вычисляют по формуле:
tp = (T ответа " То6работки)/2
где Тответа— время, измеренное радиоузлом 1 , с момента передачи первого
радиосигнала до момента приема второго радиосигнала, Т0бработки - время, измеренное радиоузлом 2 с момента приема первого радиосигнала до момента передачи второго радиосигнала. Расстояние между радиоузлами вычисляют по известной скорости распространения радиосигнала. U2010/000489
Недостаток этого способа состоит в том, что точность измерений снижается в связи с невозможностью компенсации разности скорости хода часов (clock drift) в упомянутых радиоузлах (см. вышеупомянутую статью Гоголев А.).
Для устранения этого недостатка в опубликованной заявке на патент США N° 2009/00253439 вышеупомянутый сеанс определения RTT проводят дважды, вначале, как показано на фиг.З, сеанс измерения инициирует радиоузел 1 , а затем - радиоузел 2, после чего рассчитывают усредненное значение времени распространения сигнала. Такой способ получил название симметричного двухстороннего двухступенчатого измерения расстояний (SDS-TWR от англ. ((Symmetric Double Sided Two Way Ranging», более подробно, см. вышеупомянутую статью Гоголев А. и др.).
Хотя точность способов, использующих TOF (RTT, TWR, SDS-TWR), не зависит οτ· факторов, вызывающих вышеупомянутые флуктуации мощности радиосигнала, их недостаток состоит в том, что вследствие непрямолинейности распространения
радиосигнала (например, из-за переотражений от стен или от поверхности земли) измеренные расстояния всегда выше кратчайших расстояний между РЗИМ и радиоузлом..
В других способах локации радиоузла посредством наземных РЗИМ, не требующих точной синхронизации РЗИМ по времени, посредством RSSI и/или TOF измеряют расстояние между радиоузлом и, по меньшей мере, одной РЗИМ и одновременно определяют направление радиосигнала от радиоузла (АО А, от англ. ((Angle of Arrival » и DoA от англ. ((Direction of Arrival))).
В частности, известен способ локации радиоузла, в котором посредством TOF измеряют расстояние между радиоузлом и РЗИМ, а посредством Ао А - направление приема радиосигнала РЗИМ (патент США Ν° 5719584). Недостаток этого способа, состоит в недостаточной точности существующего оборудования для измерения АоА. Завышение измеренных расстояний между радиоузлами является общим недостатком способов, основанных на TOF и RSSI, с той лишь разницей, что значения TOF в принципе не могут быть меньше кратчайшего расстояния между радиоузлами, тогда как мгновенные значения RSSI могут отличаться от истинных как в большую, так и в меньшую сторону, а точность вычислений расстояний не улучшается по мере накопления мгновенных значений мощности (см. статью Elnahrawy Е., Xiaoyan Li, Martin R.P. «The limits of localization using signal strength: a comparative study», Sensor and Ad Hoc Communications and Networks, 2004, ISBN: 0-7803-8796-1).
Существуют различные способы улучшения точности локации в условиях непрямолинейного распространения радиосигнала.
Для улучшения точности локации в первой группе способов расстояния измеряют многократно, а полученные серии измерений обрабатывают статистическими методами.
Известен способ локации радиоузла, в котором точность повышают фильтрацией явно завышенных измерений посредством гистограмм; дополнительно результаты могут улучшать методом наименьших квадратов с весовыми коэффициентами, заданными в предположении, что радиоузел равномерно движется (патент США N° 7383053).
Недостаток этого способа, препятствующий достижению нижеупомянутого технического результата, состоит в том, что в нем требуется высокая частота измерений для каждого из расстояний (примерно 1000 Гц), что перегружает радиоэфир и приводит к высокому энергопотреблению радиоузла. Такая система не пригодна для одновременной локации большого числа радиоузлов в течение длительного интервала времени без подзарядки.
Известны способы локации радиоузла, в которых для фильтрации завышенных измерений используют эмпирическую функцию плотности вероятности, полученную на основе предварительно проведенных экспериментов (заявки N°N° 2092364 и 1605725 на европейский патент). Недостаток этих систем, препятствующий достижению нижеупомянутого технического результата, состоит в том, что они требуют длительной и трудоемкой предварительной калибровки.
Для улучшения точности локаций во второй группе способов частично
компенсируют недостатки, присущие каждому из методов RSSI и TOF в отдельности, путем их комбинирования.
Известен способ локации радиоузла, в котором посредством RSSI проверяют нахождение радиоузла в зоне прямой видимости РЗИМ, и если радиоузел находится в прямой видимости, то расстояние от радиоузла до РЗИМ измеряют посредством TOF (заявка на европейский патент N° 1469685). Недостаток этого способа, препятствующий достижению нижеупомянутого технического результата, связан с тем, что вследствие флуктуаций мощности сильный сигнал не всегда означает, что радиоузел действительно находится в зоне прямой видимости РЗИМ. Еще один недостаток, препятствующий достижению нижеупомянутого технического результата, связан с тем, что измерение расстояний в условиях прямой видимости методом TOF не исключает завышения результатов вследствие отражения радиосигнала. Например, при нахождении радиоузла внутри комнаты, даже в условиях прямой видимости измеренные расстояния могут быть выше вследствие отражения радиосигнала от стен.
Известны способы локации радиоузла, в которых скомбинированы подходы RSSI и TOF, а влияние непрямолинейности распространения радиосигнала на точность измерений компенсируют посредством заранее построенных карт силы сигнала (заявка на европейский патент N° 2092364 и публикация международной заявки N° WO/2007/129939 А1). Недостаток этих способов, препятствующий достижению нижеупомянутого технического результата, состоит в том, что в них не учитываются флуктуации мощности, обусловленные изменением взаимного расположения объектов в зоне локации. Еще один недостаток этих способов, препятствующий достижению нижеупомянутого технического результата, состоит в трудоемкости построения карт. Для улучшения точности локаций в третьей группе способов значения TOF и/или RSSI обрабатывают с учетом информации о движении объекта.
Известен способ локации радиоузла, в котором его начальное местоположение определяют посредством RSSI, а расстояние, на которое переместился радиоузел из начального местоположения - с учетом данных о его ускорении вдоль нескольких осей (международная публикация N° WO/2007/129939 Al).
Известен способ локации радиоузла, в котором серии измерений RSSI, подвергают усреднению только в том случае, если в процессе измерения радиоузел был неподвижен (патент США N° 7042391). Недостаток этого способа, препятствующий достижению нижеупомянутого технического результата, состоит в том, что на результаты усреднения небольшого числа серийных измерений сильно влияют флуктуации.
Общий недостаток вышеупомянутых способов из третьей группы,
препятствующий достижению нижеупомянутого технического результата, состоит в том, что при вибрациях, а равно и при равномерном прямолинейном движении радиоузла, использование информации об ускорении влечет грубые ошибки локации.
Таким образом, известные способы не обеспечивают локацию радиоузла с точностью от 1 до 3 метров в условиях сильного экранирования радиосигнала, в условиях непрямолинейного распространения радиосигнала, и/или при изменяющемся взаимном расположении предметов в зоне локации.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящая группа изобретений относится к беспроводной радиосвязи и, в частности, к устройствам и способам для определения местоположения (локации) радиоузла относительно местоположения радиоузлов с заранее известным
местоположением. Предложен способ и система локации радиоузла, а также узел обработки данных, в которых улучшение точности локаций достигается за счет выбора минимальных значений расстояний, измеренных по времени распространения радиосигнала за весь период неподвижности радиоузла.
Технический результат состоит в повышении помехоустойчивости способа локации, сокращении длительности измерительного периода, возможности локации радиоузлов разнородных по используемому способу определения движения.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В заявленной группе изобретений решается задача повышения точности локации радиоузла по времени распространения радиосигнала между радиоузлом и радиоузлами с заранее известными местоположениями в условиях непрямолинейного распространения радиосигнала, и/или при изменяющемся взаимном расположении предметов в зоне локации (то есть - повышение помехоустойчивости).
Одновременно и дополнительно решается задача повышения скорости уточнения локаций, что позволяет сократить длительность измерительного периода.
Одновременно и дополнительно решается задача точной локации радиоузлов разнородных по используемому способу определения движения.
Поставленные задачи решены благодаря тому, что в способе локации радиоузла посредством измерения расстояний между упомянутым радиоузлом и радиоузлами с заранее известными местоположениями (РЗИМ) по времени распространения
радиосигнала между ними (TOF)
измеряют параметры движения упомянутого радиоузла,
измеряют мощность радиосигнала от упомянутого радиоузла,
вычисляют перемещение радиоузла с предварительно заданной предельной скоростью за период времени между локациями, вычисляют точность локации по зависимости от размеров области перекрытия окружностей с центрами в упомянутых РЗИМ и радиусами, равными измеренным расстояниям между ними и упомянутым радиоузлом,
сравнивают упомянутые параметры движения и изменения мощности радиосигнала с предварительно заданными пороговыми значениями, а упомянутое перемещение - с упомянутой точностью локации и
вычисляют локацию с учетом минимальных расстояний, измеренных за весь период неподвижности, в течение которого упомянутые параметры движения и изменение упомянутой мощности меньше упомянутых пороговых значений, а упомянутое
перемещение меньше упомянутой точности локаций.
Неожиданно было установлено, что при использовании информации об ускорении радиоузла совместно с информацией об изменении мощности радиосигнала можно распознавать прямолинейное движение радиоузла и движение радиоузла с ускорениями и/или скоростями ниже предварительно заданного порогового значения. Это позволило преодолеть недостатки способа локации, известного из вышеупомянутого патента США . N° 7042391. Еще одно отличие заявленного способа состоит в том, что на точность локации не влияют флуктуации мощности радиосигнала, так как вместо измерения RSSI локацию определяют по времени распространения радиосигнала. В результате можно использовать не абсолютные значения RSSI, а лишь изменение силы входного сигнала.
Совместное измерение ускорения и мощности сигнала позволяет получать точные локации даже для узлов, не укомплектованных средствами измерения скорости или перемещения. Это также позволяет применять систему для локации разнородных радиостанций, одна часть из которых, может быть укомплектована только средствами измерения ускорения (например, акселерометрами), а другая часть - только средствами для измерения скорости и/или перемещения (например, спидометрами, тахометрами, одометрами и/или датчиками сдвига частоты).
Но главное, неожиданно было установлено, что если при вычислении локаций использовать только минимальное по своему абсолютному значению опорное расстояние от РЗИМ до неподвижного радиоузла из всей последовательности значений в серии, то при прочих равных условиях требуется в несколько раз меньше времени для достижения требуемого доверительного интервала локации, чем при измерении мощности
радиосигнала. Это позволяет уменьшить частоту измерений, снизить энергопотребление, сэкономить радиоэфир и увеличить точность записи траектории движущегося объекта по сравнению со способом локации, известным из вышеупомянутого патента США N
7042391.
Если R+dRi, R+dR2, ... , R+dRn представляет собой серию из N измеренных опорных расстояний между радиоузлом и РЗИМ, где R представляет собой истинное значение расстояния, a dRj - ошибку i-oro измерения, a dRm - минимальная ошибка, то для усредненного значения в патенте США N° 7042391 получаем:
Rcp = (R+dRi+ R+dR2+ ... + R+dRn)/N = R+(dRi+dR2+ ... +dRn)/N.
В заявленном способе выбирают минимальное значение измеренного расстояния от РЗИМ до неподвижной радиостанции, а значит минимальную ошибку dRm. Поэтому расстояние между неподвижным радиоузлом и РЗИМ, определенное за N измерений соответствует формуле
R+dRm
Очевидно, что:
R+(dR!+dR2+ ... +dRn)/N > R+dRm
Таким образом, заявленный способ преодолевает принципиальные ограничения точности, присущие способам, основанным на статистической обработке информации о мощности радиосигнала и об ускорении радиоузла, так как для локации радиоузла на основе N измеренных опорных расстояний от радиоузла до РЗИМ вместо усреднения всех данных, каждое из которых содержит ошибку, выбирают единственное наиболее точное измерение из всех N измерений.
Должно быть понятно, что средства измерения мощности радиосигнала можно размещать в радиоузле или в РЗИМ. Причем, когда средства измерения мощности размещены в радиоузле, то параметры мощности радиосигнала передаются в узел обработки данных посредством беспроводного телекоммуникационного канала связи.
Аппаратное оформление и размещение средств измерения параметров движения зависит от их вида. Так, если для определения параметров движения применяют
магнетометр, акселерометр с инерционной массой, спидометр, одометр или тахометр, то эти средства должны быть выполнены таким образом, чтобы радиоузел перемещался вместе с ними. Если измерение параметров движения (например, скорости и/или
ускорения) осуществляют по доплеровскому смещению, то предпочтительно размещают датчик разности частот в РЗИМ. Если же датчик разности частот размещен в радиоузле, то . параметры смещения частоты, передают в узел обработки посредством беспроводного телекоммуникационного канала.
Радиоузел может быть дополнительно снабжен средствами контроля перемещения и/или направления движения, такими как магнетометр (в частности, магнитный компас), акселерометр с возможностью измерения ускорений вдоль нескольких осей, гироскоп и одометр. Эти средства позволяют отслеживать траекторию перемещения объекта из точки с известным местоположением, что может быть использовано для сокращения количества измерений в заявленном способе и для экономии радиоэфира.
Должно быть понятно, что для реализации способа необходимо, чтобы параметры расстояния между РЗИМ и определенным радиоузлом (например, времена распространения радиосигнала между РЗИМ и радиоузлом или расстояние в метрах), параметры мощности радиосигнала (например, абсолютное значение мощности, либо ее изменение в заданный период времени), а также параметры движения транслировались в единую информационную среду и совместно учитывались при вычислении локации и точности локации. Это может быть достигнуто, в частности, посредством трансляции данных в цифровой форме в телекоммуникационных каналах проводных и/или
беспроводных сетей. В целях синхронизации радиоузлы могут считывать каждый вид вышеупомянутых данных с одинаковой периодичностью, либо с разной периодичностью, но тогда для последующей обработки данные снабжаются метками, позволяющими совместить их по времени.
Обработка результатов измерений может осуществляться различными
компонентами системы - в самих радиоузлах, в РЗИМ, либо на специализированном оборудовании.
Для измерения расстояния между радиоузлом и РЗИМ пригодны различные модификации метода TOF.
В частном варианте осуществления расстояние между радиоузлом и РЗИМ измеряют по методу симметричного двухстороннего двухступенчатого измерения расстояний (SDS-TWR).
В одном частном варианте осуществления расстояние между радиоузлом и РЗИМ измеряют по методу RTT.
В еще одном частном варианте осуществления используют радиоузлы, локация которых осуществлена ранее. Это может позволить получать локации объектов даже в тех случаях, когда радиоузел находится вне зоны покрытия, обеспечиваемой стационарными РЗИМ, а также в тех случаях, когда точность измерений между радиоузлами, положение одного из которых определено ранее, выше точности измерений между радиоузлом и стационарными РЗИМ.
В зависимости от имеющихся данных об ограничениях подвижности радиоузла, для точной локации может потребоваться различное количество РЗИМ.
В частном варианте осуществления измеряют расстояние, по меньшей мере, до одной РЗИМ. Точную локацию в этом случае определяют с учетом данных о траектории, от которой радиоузел не может отклоняться в силу каких-то ограничений. В частности, если известно, что радиоузел движется по железнодорожным путям или по заранее известному пути, то его местоположение может однозначным образом определено по измеренному расстоянию до единственной РЗИМ.
В частном варианте осуществления измеряют расстояние, по меньшей мере, до трех РЗИМ, расположенных на расстоянии друг от друга. Это позволяет определять локацию радиоузла известными методами триангуляции.
Точность локации зависит от размеров и/или площади области перекрытия окружностей с центрами в РЗИМ и радиусами, равными измеренным расстояниям. При этом, чем больше РЗИМ используют для локации, тем, как правило, меньше площадь этой фигуры и, следовательно, выше точность. Однако для экономии радиоэфира желательно минимизировать количество РЗИМ, необходимых для достижения желаемой точности локации. Для достижения баланса между точностью локации и загрузкой радиоэфира стремятся достигнуть заданной точности локации посредством использования
минимального количества РЗИМ.
В частном варианте осуществления при упомянутой точности локации ниже предварительно заданной величины измеряют расстояния между упомянутым радиоузлом и дополнительными РЗИМ. В другом частном варианте осуществления используют такое количество РЗИМ, которое достаточно для достижения предварительно заданной точности локации.
Для выбора дополнительных РЗИМ могут быть пригодны разные критерии. Как правило, вероятность, что РЗИМ поможет улучшить точность локации тем выше, чем меньше расстояние между ним и радиоузлом.
В частном варианте осуществления используемые РЗИМ выбирают с учетом мощности радиосигнала от упомянутого радиоузла.
Альтернативно или дополнительно проводят измерения расстояний до всех или нескольких дополнительных РЗИМ, в зоне покрытия которых находится радиоузел, и упорядочивают дополнительные РЗИМ по силе их влияния на точность локации, а затем последовательно подключают дополнительные РЗИМ в порядке уменьшения силы их влияния на точность локации.
В частном варианте осуществления используемые РЗИМ выбирают путем сравнения силы влияния РЗИМ на точность локации упомянутого радиоузла.
Локацию радиоузла вычисляют с учетом расстояния между радиоузлом и РЗИМ по различным алгоритмам.
В частном варианте осуществления в качестве локации вычисляют геометрическое место внутренней точки области перекрытия окружностей с центрами в упомянутых РЗИМ и радиусами, равными измеренным расстояниям между ними и упомянутым радиоузлом.
В одном частном варианте осуществления в качестве локации вычисляют геометрическое место внутренней точки, равноудаленной от границ упомянутой области.
В еще одном частном варианте осуществления в качестве локации вычисляют геометрическое место внутренней точки, являющейся условным центом массы
упомянутой области. В другом частном варианте осуществления упомянутую область строят с учетом расстояний, предварительно скорректированных в зависимости от силы сигнала. Это позволяет дополнительно использовать преимущества RSSI измерений в тех случаях, когда они не расходятся с результатами измерений методом TOF.
Точность измерений можно дополнительно улучшить, если исключить из упомянутых областей перекрытия такие области, в которых радиоузел заведомо не может находиться, например, крутые горные склоны, огороженные территории, либо участки местности, расположенные вдали от дорог для радиоузлов движущихся по
автомобильным или железнодорожным путям, либо закрытые для доступа части зданий.
Таким образом, в одном из частных вариантов осуществления до вычисления локации из упомянутой области перекрытия окружностей исключают предварительно заданные области, в которых радиоузел не может находиться.
Для определения перемещения радиостанций пригодны средства различного рода.
В частном варианте осуществления измерение упомянутого параметра движения радиоузла осуществляют посредством магнетометра, акселерометра, одометра, тахометра и/или спидометра.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления измерение упомянутого параметра движения радиоузла осуществляют по допплеровскому сдвигу частоты радиосигнала.
Для уменьшения количества РЗИМ, необходимого для локации с заданной точностью, можно использовать информацию о направлении распространения
радиосигнала, например информацию о разности фаз радиосигнала, приходящего на расположенные вблизи друг от друга антенны. Таким образом, в одном из частных вариантов осуществления дополнительно измеряют разность фаз радиосигнала от радиоузла для определения направления его распространения.
Для измерения расстояний между радиоузлом и РЗИМ, для определения мощности радиосигнала и для передачи информации можно использовать либо разные
одночастотные и многочастотные радиосигналы, либо единый одночастотный или многочастотный радиосигнал.
Наибольшая экономия радиоэфира достигается, когда при измерении расстояния и мощности используют единый радиосигнал. Еще большая экономия радиоэфира достигается, когда при измерении расстояния, мощности и при передаче информации используют единый радиосигнал.
Для реализации вышеописанного способа пригодны различные
автоматизированные системы, включающие радиоузлы с известным местоположением и радиоузлы, местоположение которых необходимо определить, а также
телекоммуникационные средства, необходимые для трансляции результатов измерений и вычислений в единую информационную среду, и средства аналоговой и/или цифровой обработки результатов измерений.
Еще одним объектом заявленной группы изобретений является система локации радиоузла, в которой поставленная выше задача повышения точности локации решается благодаря тому, что она содержит в себе:
радиоузлы с заранее известным местоположением (РЗИМ),
измеритель времени (ИВ) распространения радиосигнала между РЗИМ и упомянутым радиоузлом по времени распространения радиосигнала между ними,
вычислитель расстояний (BP) между РЗИМ и упомянутым радиоузлом, подключенный к упомянутому ИВ, вычислитель локаций (ВЛ) упомянутого радиоузла с учетом расстояний между РЗИМ и упомянутым радиоузлом,
вычислитель точности (ВТ) локаций упомянутого радиоузла в зависимости от размеров области перекрытия окружностей с центрами в РЗИМ и радиусами равными расстояниям между ним и РЗИМ,
вычислитель перемещения (ВП) упомянутого радиоузла с предварительно заданной предельной скоростью за период времени между последовательными
локациями,
измеритель параметров движения упомянутого радиоузла (ИПДР),
измеритель параметров мощности (ИМ) радиосигналов от упомянутого радиоузла, первый компаратор (ПК), подключенный к ИПДР и выполненный с возможностью сравнения изменений входного значения с предварительно заданным пороговым значением,
второй компаратор (ВК), подключенный к ИМ и выполненный с возможностью сравнения входного значения с предварительно заданным пороговым значением,
третий компаратор (ТК), подключенный к ВП и ВТ и выполненный с
возможностью сравнения входных значений между собой,
запоминающее устройство (ЗУ),
четвертый компаратор (ЧК), подключенный к BP и выполненный с возможностью сравнения входного значения и значения в ЗУ,
первый логический вычислитель (ПЛВ), выполненный с возможностью
вычисления булевой функции «ИЛИ-НЕ»,
второй логический вычислитель (ВЛВ), выполненный с возможностью вычисления булевой функции «И», записывающий блок (ЗБ), выполненный с возможностью записи расстояний между РЗИМ и упомянутым радиоузлом в ЗУ,
в которой
выходы ПК, ВК и ТК подключены к входу ПЛВ, выход ПЛВ и выход ЧК подключены к входу ВЛВ, а выход ВЛВ подключен к ЗБ.
Система может быть дополнительно снабжена средствами контроля и улучшения точности локаций.
В частном варианте воплощения система дополнительно содержит пятый компаратор (5 К), выполненный с возможностью сравнения упомянутой точности локации с предварительно заданным пороговым значением и шестой компаратор (ШК), выполненный с возможностью сравнения влияний упомянутых РЗИМ на упомянутую точность локации и блок управления (БУ), выполненный с возможностью активации такого количества РЗИМ, которое необходимо для достижения точности локации выше упомянутого порогового значения.
Функциональные элементы системы могут быть выполнены из известных элементов, соединенных между собой по известным правилам. Пригодны любые универсальные или специализированные аналоговые и/или цифровые процессоры, контроллеры, микроконтроллеры и/или реконфигурируемые системы.
В частном варианте воплощения, по меньшей мере, два из ВЛ, BP, ВТ, ВП, ПЛВ, ВЛВ, ПК, ВК, ТК, ЧК, ЗБ, 5К, ШК и БУ скомпонованы в одной интегральной схеме. В этом случае упомянутые элементы могут быть реализованы на базе известных
операционных усилителей, резисторов и конденсаторов, соединенных между собой по известным правилам.
Функциональные элементы упомянутой системы могут быть реализованы в виде аппаратных или программно-аппаратных средств, содержащих в аппаратной части известные универсальные процессоры (например, с RISC, MISC или CISC архитектурой), ASIC-процессоры, DSP-процессоры, программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) и/или электронные аналоговые вычислительные устройства.
В частном варианте воплощения, по меньшей мере, один из ВЛ, BP, ВТ, ВП, ПЛВ, ВЛВ, ПК, ВК, ТК, ЧК, ЗБ, 5К, ШК и БУ выполнен на основе, по меньшей мере, одного универсального процессора, ASIC-процессора, DSP-процессора, программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) и/или электронного аналогового
вычислительного устройства.
В случае, когда разные функциональные элементы или группы функциональных элементов системы размещаются вдали друг от друга, например часть элементов в РЗИМ, а остальные - в центральном сервере, необходимо транслировать результаты измерений и вычислений в единую информационную среду.
В частном варианте воплощения РЗИМ и ВЛ, BP, ВТ, ВП, ПЛВ, ВЛВ, ПК, ВК, ТК, ЧК, ЗБ, 5К, ШК и БУ связаны между собой единой проводной и/или беспроводной сетью.
Для измерения параметра движения радиоузла пригодны различные средства.
В частном варианте воплощения ИПДР представляет собой магнетометр, акселерометр, одометр, тахометр и/или спидометр.
В еще одном частном варианте воплощения ИПДР выполнен на основе
измерителей допплеровского смещения.
Еще одним объектом заявленной группы изобретений является узел обработки данных для реализации способа локации радиоузла, в котором поставленная выше задача повышения точности локации решаются благодаря тому, что он содержит в себе:
телекоммуникационный интерфейс (ТИ) для приема параметров движения упомянутого радиоузла, параметров мощности радиосигнала от упомянутого радиоузла и параметров расстояния между упомянутым радиоузлом и радиоузлом с заранее известным местоположением (РЗИМ),
вычислитель локаций (ВЛ) радиоузла с учетом параметров расстояния между ним и РЗИМ,
вычислитель точности (ВТ) локаций упомянутого радиоузла в зависимости от размеров области перекрытия окружностей с центрами в РЗИМ и радиусами равными расстояниям между ним и РЗИМ,
вычислитель перемещения (ВП) упомянутого радиоузла с предварительно заданной предельной скоростью за период времени между последовательными
локациями,
первый компаратор (ПК), выполненный с возможностью сравнения упомянутых параметров движения с предварительно заданными пороговыми значениями,
второй компаратор (ВК), выполненный с возможностью сравнения изменения упомянутых параметров мощности радиосигнала с предварительно заданным пороговым , значением,
третий компаратор (ТК), подключенный к ВП и ВТ и выполненный с
возможностью сравнения входных значений между собой,
запоминающее устройство (ЗУ),
четвертый компаратор (ЧК), подключенный к BP и выполненный с возможностью сравнения входного значения и значения в ЗУ,
первый логический вычислитель (ПЛВ), выполненный с возможностью
вычисления булевой функции «ИЛИ-НЕ»,
второй логический вычислитель (ВЛВ), выполненный с возможностью вычисления булевой функции «И», записывающий блок (ЗБ), выполненный с возможностью записи параметров расстояний между РЗИМ и упомянутым радиоузлом в ЗУ,
в котором
выходы ПК, ВК и ТК подключены к входу ПЛВ, выход ПЛВ и выход ЧК
подключены к входу ВЛВ, а выход ВЛВ подключен к ЗБ.
Аналогично тому, как описано применительно к вышеупомянутой системе, в частном варианте воплощения узла, по меньшей мере, два из ВЛ, BP, ВТ, ВП, ПЛВ, ВЛВ, ПК, ВК, ТК, ЧК, и ЗБ скомпонованы в одной интегральной схеме.
В еще одном частном варианте воплощения узла, по меньшей мере, один из ВЛ, BP, ВТ, ВП, ПЛВ, ВЛВ, ПК, ВК, ТК, ЧК, и ЗБ выполнен на основе, по меньшей мере, одного универсального процессора, ASIC-процессора, DSP-процессора, программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) и/или электронного аналогового
вычислительного устройства.
В другом частном варианте воплощения узла, РЗИМ и ВЛ, BP, ВТ, ВП, ПЛВ, ВЛВ, ПК, ВК, ТК, ЧК, и ЗБ связаны между собой единой проводной и/или беспроводной сетью.
В еще одном другом частном варианте воплощения узел дополнительно содержит в себе вычислитель расстояний (BP) между РЗИМ и упомянутым радиоузлом.
Следует понимать, что объектам вышеописанной группы изобретений могут быть присущи все или только некоторые из признаков вышеупомянутых частных и
предпочтительных вариантов осуществления или выполнения, при условии, что они не исключают друг друга, и при том такие комбинации признаков также включены в настоящее раскрытие.
Среднему специалисту из описания аналогов и из уровня техники должны быть понятны функции и допустимые варианты выполнения, соединения и расположения вышеупомянутых функциональных элементов, например, должно быть понятно, что компаратор может быть реализован на основе операционных усилителей, либо на основе программно-аппаратного комплекса, например, ЭВМ общего назначения, снабженной программными средствами, обеспечивающими сравнение данных.
Если какие-то конструктивные элементы и другие признаки, которые, как известно среднему специалисту, необходимы для реализации назначения заявленных изобретений, но специально не упомянуты в формуле изобретения и не раскрыты в описании, то они являются имманентно присущими, а их конкретные варианты выполнения хорошо известны из аналогов и из уровня техники.
Заявленная группа изобретений может быть использована, для контроля местоположения (как в реальном времени, так и по восстанавливаемым данным) и перемещения персонала на производственной территории.
Для лучшего понимания идей изобретения ниже приводятся иллюстрирующие чертежи, показывающие некоторые частные варианты выполнения элементов
изобретений или осуществления способа, наличие, расположение и связи основных элементов и некоторые детали реализации способов. Однако, несмотря на то, что в настоящем документе изобретение описывают со ссылкой на позиции элементов, показанных на чертежах, не следует приписывать их особенности соответствующим элементам, на которые ссылаются в тексте.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг.1 показан типичный график зависимости измерений мощности
радиосигнала (RSSI) от истинного кратчайшего расстояния между РЗИМ и радиоузлом.
На фиг.2 и 3 показаны временные диаграммы, иллюстрирующие измерение расстояний методом RTT (TWR) (фиг. 2) и методом SDS-TWR (фиг. 3).
На фиг.4 показана схема, иллюстрирующая, как уточнение расстояния помогает улучшить результаты определения местоположения. На фиг.5 показана схема, иллюстрирующая, как накопление данных помогает улучшить результаты определения местоположения неподвижного объекта.
На фиг.6 схематично показан состав типичной системы для определения местоположения радиоузла.
На фиг.7 показана схема, иллюстрирующая операцию определение точности локации.
На фиг.8 показана схема, иллюстрирующая локацию, когда радиоузел находится вне многоугольника.
На фиг.9 показана схема, иллюстрирующая локацию с помощью вычисления геометрического места точки, равноудаленной от окружностей, предварительно скорректированных с учетом погрешности;
На фиг.10 показана схема, иллюстрирующая операцию сглаживания траектории радиоузла с помощью метода наименьших квадратов.
На фиг.1 1 показаны функциональные элементы и связи заявленной системы локации.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Нижеследующее описание частных вариантов воплощения даются только для наглядной иллюстрации изобретательской идеи. Ничто в настоящем разделе описания не должно быть истолковано как ограничение объема притязаний. Должно быть понятно, что средний специалист, знакомый с идеями настоящего изобретения, может использовать его главные отличительные особенности и внести эквивалентные замены с достижением поставленной задачи и без отклонения от духа и области настоящего изобретения.
ПРИМЕР 1
Способ осуществляют следующим образом: в течение измерительного периода измеряют расстояния между радиоузлом и радиоузлами с заранее известными местоположениями (РЗИМ) по времени распространения радиосигнала между ними (например, по методу RTT, TWR и/или SDS-TWR),
одновременно с этим измеряют параметры движения упомянутого радиоузла (например, ускорение, скорость или перемещение),
одновременно с этим измеряют параметр мощности радиосигнала от упомянутого радиоузла (например, измеряют мощность радиосигнала, приходящего на РЗИМ, участвующие в измерении времени распространения радиосигнала),
после этого вычисляют перемещение радиоузла с предварительно заданной предельной скоростью за период считывания (за время между локациями),
вычисляют точность локации по зависимости от размеров области перекрытия окружностей с центрами в упомянутых РЗИМ и радиусами, равными измеренным расстояниям между ними и упомянутым радиоузлом (например, согласно примеру 5), сравнивают упомянутые параметры движения и изменение упомянутой мощности (например, за период считывания) с предварительно заданными пороговыми значениями, а упомянутое перемещение - с упомянутой точностью локации (например, посредством системы, описанной в примере 2) и
вычисляют локацию упомянутого радиоузла с учетом минимальных расстояний, измеренных за весь период неподвижности, в течение которого упомянутые параметры движения и изменение упомянутых параметров мощности радиосигнала меньше упомянутых пороговых значений, а упомянутое перемещение меньше упомянутой точности локаций.
Улучшение точности локаций за счет выбора наименьших измерений за весь период неподвижности радиоузла показано в примере 3.
ПРИМЕР 2
Система локации радиоузла, как показано на фиг.1 1, работает следующим образом. РЗИМ (3) и радиоузлы посредством ИВ измеряют время распространения радиосигнала одним из методов TOF. По известному времени распространения сигнала вычисляют расстояние между радиоузлом и РЗИМ (3) посредством BP (14). Определяют размеры области перекрытия окружностей с центрами в РЗИМ (3) и радиусами, равными вычисленным расстояниям и по предварительно заданной зависимости посредством ВТ (10) вычисляют точность локации. Вычисляют возможную локацию радиоузла с учетом вычисленных расстояний посредством ВЛ (20). Посредством ВП (9) вычисляют возможное перемещение радиоузла с учетом его предварительно заданной предельной скорости и длительности периода времени между последовательными локациями.
Измеряют параметр движения объекта посредством ИПДР (7) (например, посредством магнетометра, акселерометра, спидометра, одометра, тахометра). Посредством ИМ (8) измеряют мощность радиосигналов от упомянутого радиоузла. Посредством ПК (11) сравнивают параметр движения радиоузла с предварительно заданным пороговым значением. Посредством ВК (12) сравнивают изменение мощности радиосигнала с предварительно заданным пороговым значением. Посредством ТК (13) сравнивают вычисленное перемещение с вычисленной точностью локаций. Посредством ЧК (16) сравнивают вычисленные расстояния с вычисленным расстоянием из ЗУ (19).
Посредством ПЛВ (17) вычисляют логическую функции «ИЛИ-НЕ» принимающую значение «истина», если ни один из параметров движения объекта или изменение мощности сигнала не выше пороговых значений и вычисленное перемещение ниже вычисленной точности измерений. Посредством ВЛВ (18) вычисляют логическую функцию «И», принимающую значение «истина», если вычисленное расстояние меньше вычисленного расстояния в ЗУ (19) и упомянутая логическая функция «ИЛИ-НЕ» имеет значение «истина». Посредством ЗБ (21) записывают вычисленное расстояние в ЗУ (19), если упомянутая функция «И» имеет значение «истина». Если на выходе ПЛВ (17) возникает значение «ложь», например, когда на выходе любого из компараторов ПК (1 1), ВК (12) или ТК (13) возникает значение «истина» вся процедура измерений повторяется заново. В этом случае система не проводит уточнение измерений (так как объект движется) с течением времени, а для вычисления локаций используют текущие значения расстояний.
ПРИМЕР 3
На фиг.4 наглядно показано как именно накопление локаций неподвижного радиоузла позволяет улучшить точность. Черными точками отмечены узлы,
местонахождение которых заранее известно (А, В и С), окружностью с цифрой 1 - расчетное местонахождение мобильного узла после первого цикла измерений (внутри области перекрытия всех трех окружностей), окружностью с цифрой 2 - скорректированное местонахождение мобильного узла после корректировки радиуса от узла А (скорректированное значение радиуса показано пунктирной линией).
Когда скорости и/или ускорения радиоузла и изменения мощности радиосигнала ниже пороговых значений, выбирают минимальное значение (R+dR)min из серии последовательных значений для каждой пары радиоузел-РЗИМ:
R+dP ! , R+dR2, ... , R+dRn,
где dRj - завышение i-ого замера относительно истинного расстояния R
измеренных расстояний между радиоузлом и РЗИМ за период покоя радиоузла. Поскольку истинное расстояние между покоящимися узлами R = const, то R+dR будет минимальным, когда минимально завышение dR.
Как показано на фиг.4, если очередной замер расстояний между неподвижным радиоузлом и РЗИМ В и С дает такие же результаты, как и предыдущий замер Rk, а от узла А получено значительно меньшее расстояние (Rk+i), то после уточняющих расчетов предполагаемое местонахождение радиоузла сдвинулось в точку 2, а площадь области перекрытия окружностей уменьшилась, следовательно, точность локации увеличилась.
ПРИМЕР 4
В одном из частных вариантов осуществления заявленный способ применяют в системе, содержащей радиоузлы, РЗИМ, и средства управления и обработки данных (СУОД), как показано на фиг.6, где позициями 1-6 обозначены следующие элементы: сервер управления, коммутации, сбора и обработки данных (1), коммутатор (2), РЗИМ (3), радиоузел (4), всемирная сеть Интернет (5) и зона покрытия РЗИМ (6).
Радиоузлы могут периодически выходить из состояния пониженного
энергопотребления и передавать радиосигнал, который принимается множеством РЗИМ, в зоне покрытия которых находится радиоузел. РЗИМ объединены между собой в единую информационную среду посредством проводной или беспроводной
телекоммуникационной сети. Данные о радиосигналах передаются по упомянутой сети в упомянутые СУОД.
СУОД осуществляет выбор РЗИМ и запускает процессы измерения расстояний заявленным способом посредством выбранных РЗИМ (компетентных для данного радиоузла). При этом радиоузел вначале выходит из режима пониженного
энергопотребления (по таймеру или нажатию кнопки), передает радиосигнал,
индицирующий готовность к продолжению работы (датаграмма «я проснулся»), в течение заданного периода времени принимает и передает радиосигналы, связанные с измерением расстояний заявленным способом, и по окончании измерений переходит в режим пониженного энергопотребления. В процессе работы РЗИМ осуществляют непрерывный прием упомянутых радиосигналов «я проснулся» от всех радиоузлов, находящихся в зоне покрытия, непрерывно принимают и передают радиосигналы, связанные с измерением расстояний заявленным способом, только от/на радиоузлы, для которых они являются компетентными и транслируют информацию о принятых сигналах «я проснулся» и результаты измерений и/или вычислений в единую информационную среду для СУОД. СУ ОД принимают сведения о поступлении упомянутых радиосигналов «я проснулся», собирают данные измерений и/или вычислений, на их основе вычисляют локацию радиоузла и при необходимости сохраняют локации в базе данных. Выбор РЗИМ, компетентной для определенного радиоузла, может осуществляться по критерию мощности сигнала или по критерию силы влияния РЗИМ на точность локации.
Система позволяет определять локацию радиоузла как в закрытом помещении, так на открытой местности, на которой расставлены РЗИМ, в условиях как прямолинейного, так и непрямолинейного распространения радиосигнала.
ПРИМЕР 5
В одном из вариантов осуществления заявленного способа для вычисления точности локации измеренные расстояния, как показано на фиг.7, представляют в виде окружностей, центрами которых являются РЗИМ, причем радиоузел должен находиться в области их перекрытия. Для оценки точности локации позицию радиоузла (точка X) выбирают равноудаленной от дуг, которыми образована область локации. Если такой точки не существует (это возможно, в частности, если область перекрытия образована четырьмя и более окружностями), то позицию радиоузла выбирают таким образом, чтобы разница между отрезками XRj - XRj была минимальной (т.е.
). Как показано на фиг.7 в качестве оценки точности
Figure imgf000029_0001
локации выбирают среднюю разность отрезков OiRj - OjX, где п - количество
окружностей, образующих область локации (например, для ситуации, показанной на рисунке 7 точность локации Асе оценивается как Асе = (OiRi-OiX + 02R2-02X + 03R3-
03Х)/3). ПРИМЕР 6
На фиг.5 наглядно показано как именно увеличение количества РЗИМ позволяет уточнить локацию неподвижного радиоузла.
Если при реализации заявленного способа в момент времени N были измерены расстояния до к РЗИМ, а в следующий момент времени N+1 были измерены расстояния до других j РЗИМ, то можно рассчитать локацию по k+j значениям расстояний до РЗИМ в период покоя радиоузла.
ПРИМЕР 7
Координаты радиоузла и соответствующие им точности локации можно
накапливать в хронологической последовательности и на их основе аппроксимировать траекторию движения радиоузла.
Для уменьшения ошибки определения локации можно усреднять несколько последовательных локаций, а для еще более точного усреднения - использовать координаты точек, взятых с коэффициентом, пропорциональным точности локации - Асе (определение величины Асе приведено в примере 6). Как показано на фиг.10 траектория может дополнительно сглаживаться известными методами, например, с помощью метода наименьших квадратов.
Рассмотрим точки al, а2, аЗ и а4 и а5, представляющие собой локации радиоузла в хронологической последовательности, где а5 - текущая локация с координатами центра X5,Y5 и коэффициентом Асс5, характеризующим точность локации. Для каждой тройки точек (al, а2, аЗ), (а2, аЗ, а4), (аЗ, а4, а5) усреднением с учетом наборов коэффициентов точностей (Accl, Асс2, АссЗ), (Асс2, АссЗ, Асс4), (АссЗ, Асс4, Асс5) (механизм описан выше) определяют геометрическое место точек ol , о2, оЗ (координаты Xoi, Y0i для каждой точки ol, о2, оЗ).
Xoi = (l/AcCi)Xai + (l/Acci+i)Xa(i+i) + (1/Ассм)Ха(|+2) ) / ( 1/AcCj + 1/AcCi+i + l/Acci+2), Yoi = (l/AcCj)Yai + (l/Accj+i)Ya(i+1) + (l/Acci+2)Ya(i+2) ) / ( 1/Accj + l/Accj+i + l/Acci+2), где i - целое число 1 , 2 или 3
В качестве локаций радиоузла выбирают точки ol , о2, оЗ, либо аппроксимируют их линией L, например, с помощью метода наименьших квадратов.
ПРИМЕР 8
Для вычисления локации радиоузла внутри области локации в заявленном способе могут быть использованы различные подходы.
В норме, координаты получают усреднением координат точек пересечения окружностей, образующих область перекрытия. Для более точной локации координаты точек пересечения окружностей могут усреднять с коэффициентами, зависящими от мощности радиосигнала.
В случае если радиоузел находится вне многоугольника, образованного РЗИМ (01; 02, 03), как показано на фиг.8 (где L - область локации ПР (область перекрытия
окружностей), X - положение объекта в области локации, 01, 02 и 03 - положение РЗИМ, Ri, R2 и R3 - измеренные расстояния, dR dR2 , dR3- средние завышения для каждого РЗИМ определенные экспериментально), то для определения локации находят
геометрическое место точки, равноудаленной от окружностей, предварительно
скорректированных с учетом погрешности. Если существует несколько равноудаленных точек X и Х'(с расстояниями XHi = ХН2 = ХН3 и XH = ΧΗ2' = ХНЗ' до окружностей Οι,02,03, с центрами Ol, 02 и ОЗ в РЗИМ, и радиусами, Rl, R2 и R3 равными
измеренным расстояниям), то, как показано на фиг.9, выбирают точку X с наименьшим по модулю расстоянием..
Описанные способы определения локации для точки, находящейся вне
многоугольника, образованного РЗИМ могут быть применены также для случая, когда объект находится внутри многоугольника в случае местности, где переотражения незначительны.
Изменения и модификации описанной группы изобретений, а также дополнительные применения принципов изобретения, очевидные для специалистов в данной области техники, также входят в объем изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ локации радиоузла посредством измерения расстояний между упомянутым радиоузлом и радиоузлами с заранее известными местоположениями (РЗИМ) по времени распространения радиосигнала между ними, характеризующийся тем, что в нем
измеряют параметры движения упомянутого радиоузла,
измеряют мощность радиосигнала от упомянутого радиоузла,
вычисляют перемещение радиоузла с предварительно заданной предельной скоростью за период времени между локациями,
вычисляют точность локации по зависимости от размеров области перекрытия окружностей с центрами в упомянутых РЗИМ и радиусами, равными измеренным расстояниям между ними и упомянутым радиоузлом,
сравнивают упомянутые параметры движения и изменения мощности радиосигнала с предварительно заданными пороговыми значениями, а упомянутое перемещение - с упомянутой точностью локации и
вычисляют локацию с учетом минимальных расстояний, измеренных за весь период неподвижности, в течение которого упомянутые параметры движения и изменение упомянутой мощности меньше упомянутых пороговых значений, а упомянутое
перемещение меньше упомянутой точности локаций.
2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что в нем измеряют расстояние по методу симметричного двухстороннего двухступенчатого измерения расстояний.
3. Способ по п.1, характеризующийся тем, что в нем измеряют расстояние по методу RTT.
4. Способ по п.1, характеризующийся тем, что в нем в качестве РЗИМ используют радиоузлы, локация которых осуществлена ранее.
5. Способ по любому из пп.1-4, характеризующийся тем, что в нем измеряют расстояние, по меньшей мере, до одной РЗИМ.
6. Способ по любому из пп.1-4, характеризующийся тем, что в нем измеряют расстояние, по меньшей мере, до трех РЗИМ, расположенных на расстоянии друг от друга.
7. Способ по любому из пп.1-4, характеризующийся тем, что в нем при упомянутой точности локации ниже предварительно заданной величины измеряют расстояния между упомянутым радиоузлом и дополнительными РЗИМ.
8. Способ по любому из пп.1-4, характеризующийся тем, что в нем используют такое количество РЗИМ, которое достаточно для достижения предварительно заданной точности локации.
9. Способ по п.1, характеризующийся тем, что в нем используемые РЗИМ выбирают с учетом мощности радиосигнала.
10. Способ по п.1, характеризующийся тем, что в нем используемые РЗИМ выбирают сравнением силы влияния РЗИМ на точность локации.
1 1. Способ по п.1, характеризующийся тем, что в нем в качестве локации вычисляют геометрическое место внутренней точки области перекрытия окружностей с центрами в упомянутых РЗИМ и радиусами, равными измеренным расстояниям между ними и упомянутым радиоузлом.
12. Способ по п.1 1, характеризующийся тем, что в нем в качестве локации вычисляют геометрическое место внутренней точки, равноудаленной от границ упомянутой области.
13. Способ по п.1 1 , характеризующийся тем, что в нем в качестве локации вычисляют геометрическое место внутренней точки, являющейся условным центом массы упомянутой области.
14. Способ по любому из пп.11-13 характеризующийся тем, что в нем
упомянутую область строят с учетом расстояний, предварительно скорректированных в зависимости от силы сигнала.
15. Способ по любому из пп.11 - 13 , характеризующийся тем, что в нем до вычисления локации из упомянутой области перекрытия окружностей исключают предварительно заданные области, в которых упомянутый радиоузел не может
находиться.
16. Способ по п.1 , характеризующийся тем, что в нем измерение упомянутых параметров движения осуществляют посредством магнетометра, акселерометра, одометра, тахометра и/или спидометра.
17. Способ по п.1 , характеризующийся тем, что в нем измерение упомянутых параметров движения осуществляют по допплеровскому сдвигу частоты радиосигнала.
18. Способ по п.1, характеризующийся тем, что в нем дополнительно измеряют разность фаз радиосигнала от радиоузла для определения направления его
распространения.
19. Способ по п.1 , характеризующийся тем, что в нем для измерения расстояния и мощности используют единый радиосигнал.
20. Система локации радиоузла, содержащая в себе:
радиоузлы с заранее известным местоположением (РЗИМ),
измеритель времени (ИВ) распространения радиосигнала между РЗИМ и
упомянутым радиоузлом по времени распространения радиосигнала между ними,
вычислитель расстояний (BP) между РЗИМ и упомянутым радиоузлом,
подключенный к упомянутому ИВ,
вычислитель локаций (ВЛ) упомянутого радиоузла с учетом расстояний между
РЗИМ и упомянутым радиоузлом, вычислитель точности (ВТ) локаций упомянутого радиоузла в зависимости от размеров области перекрытия окружностей с центрами в РЗИМ и радиусами равными расстояниям между ним и РЗИМ,
вычислитель перемещения (ВП) упомянутого радиоузла с предварительно заданной предельной скоростью за период времени между последовательными
локациями,
измеритель параметров движения упомянутого радиоузла (ИПДР),
измеритель параметров мощности (ИМ) радиосигналов от упомянутого радиоузла, первый компаратор (ПК), подключенный к ИПДР и выполненный с возможностью сравнения изменений входного значения с предварительно заданным пороговым значением,
второй компаратор (ВК), подключенный к ИМ и выполненный с возможностью сравнения входного значения с предварительно заданным пороговым значением,
третий компаратор (ТК), подключенный к ВП и ВТ и выполненный с
возможностью сравнения входных значений между собой,
запоминающее устройство (ЗУ),
четвертый компаратор (ЧК), подключенный к BP и выполненный с возможностью сравнения входного значения и значения в ЗУ,
первый логический вычислитель (ПЛВ), выполненный с возможностью
вычисления булевой функции «ИЛИ-НЕ»,
второй логический вычислитель (ВЛВ), выполненный с возможностью вычисления булевой функции «И»,
записывающий блок (ЗБ), выполненный с возможностью записи расстояний между РЗИМ и упомянутым радиоузлом в ЗУ,
характеризующаяся тем, что в ней выходы ПК, ВК и ТК подключены к входу ПЛВ, выход ПЛВ и выход ЧК подключены к входу ВЛВ, а выход ВЛВ подключен к ЗБ.
21. Система по п.20, характеризующаяся тем, что она дополнительно содержит пятый компаратор (5К), выполненный с возможностью сравнения упомянутой точности локации с предварительно заданным пороговым значением и шестой компаратор (ШК), выполненный с возможностью сравнения влияний РЗИМ на упомянутую точность локации и блок управления (БУ), выполненный с возможностью активации такого количества РЗИМ, которое необходимо для достижения точности локации выше упомянутого порогового значения.
22. Система по п.20, характеризующаяся тем, что в ней, по меньшей мере, два из ВЛ, BP, ВТ, ВП, ПЛВ, ВЛВ, ПК, ВК, ТК, ЧК, ЗБ, 5К, ШК и БУ скомпонованы в одной интегральной схеме.
23. Система по любому из пп.20-22, характеризующаяся тем, что в ней, по меньшей мере, один из ВЛ, BP, ВТ, ВП, ПЛВ, ВЛВ, ПК, ВК, ТК, ЧК, ЗБ, 5К, ШК и БУ выполнен на основе, по меньшей мере, одного универсального процессора, ASIC- процессора, DSP-процессора, программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) и/или электронного аналогового вычислительного устройства.
24. Система по любому из пп.20-22, характеризующаяся тем, что в ней РЗИМ и ВЛ, BP, ВТ, ВП, ПЛВ, ВЛВ, ПК, ВК, ТК, ЧК, ЗБ, 5К, ШК и БУ связаны между собой единой проводной и/или беспроводной сетью.
25. Система по п.20, характеризующаяся тем, что в ней ИПДР представляет собой магнетометр, акселерометр, одометр, тахометр и/или спидометр.
26. Система по п.20, характеризующаяся тем, что в ней ИПДР выполнен на основе измерителей допплеровского смещения.
27. Узел обработки данных для реализации способа локации радиоузла по п.1 , содержащий в себе:
телекоммуникационный интерфейс (ТИ) для приема параметров движения упомянутого радиоузла, параметров мощности радиосигнала от упомянутого радиоузла и параметров расстояния между упомянутым радиоузлом и радиоузлом с заранее известным местоположением (РЗИМ),
вычислитель локаций (ВЛ) радиоузла с учетом параметров расстояния между ним и РЗИМ,
вычислитель точности (ВТ) локаций упомянутого радиоузла в зависимости от размеров области перекрытия окружностей с центрами в РЗИМ и радиусами равными расстояниям между ним и РЗИМ,
вычислитель перемещения (ВП) упомянутого радиоузла с предварительно заданной предельной скоростью за период времени между последовательными
локациями,
первый компаратор (ПК), выполненный с возможностью сравнения упомянутых параметров движения с предварительно заданными пороговыми значениями,
второй компаратор (ВК), выполненный с возможностью сравнения изменения упомянутых параметров мощности радиосигнала с предварительно заданным пороговым значением,
третий компаратор (ТК), подключенный к ВП и ВТ и выполненный с
возможностью сравнения входных значений между собой,
запоминающее устройство (ЗУ),
четвертый компаратор (ЧК), подключенный к BP и выполненный с возможностью сравнения входного значения и значения в ЗУ, первый логический вычислитель (ПЛВ), выполненный с возможностью
вычисления булевой функции «ИЛИ-НЕ»,
второй логический вычислитель (ВЛВ), выполненный с возможностью вычисления булевой функции «И»,
записывающий блок (ЗБ), выполненный с возможностью записи параметров расстояний между РЗИМ и упомянутым радиоузлом в ЗУ,
характеризующийся тем, что в нем
выходы ПК, ВК и ТК подключены к входу ПЛВ, выход ПЛВ и выход ЧК подключены к входу ВЛВ, а выход ВЛВ подключен к ЗБ.
28. Узел по п.27, характеризующийся тем, что в нем, по меньшей мере, два из ВЛ, BP, ВТ, ВП, ПЛВ, ВЛВ, ПК, ВК, ТК, ЧК, и ЗБ скомпонованы в одной интегральной схеме.
29. Узел по любому из пп.27 или 28, характеризующийся тем, что в нем, по меньшей мере, один из ВЛ, BP, ВТ, ВП, ПЛВ, ВЛВ, ПК, ВК, ТК, ЧК, и ЗБ выполнен на основе, по меньшей мере, одного универсального процессора, ASIC-процессора, DSP- процессора, программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) и/или
электронного аналогового вычислительного устройства.
30. Узел по любому из пп.27 или 28, характеризующийся тем, что в нем РЗИМ и ВЛ, BP, ВТ, ВП, ПЛВ, ВЛВ, ПК, ВК, ТК, ЧК, и ЗБ связаны между собой единой проводной и/или беспроводной сетью.
31. Узел по любому из пп.27 или 28, характеризующийся тем, что он
дополнительно содержит в себе вычислитель расстояний (BP) между РЗИМ и упомянутым радиоузлом.
PCT/RU2010/000489 2010-03-03 2010-09-08 Способ локации радиоузла, система локации радиоузла и узел обработки данных WO2011108958A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/261,428 US20130141283A1 (en) 2010-03-03 2010-09-08 Method for locating a radio center and system for locating a radio center and data processing unit

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010107742 2010-03-03
RU2010107742/09A RU2432581C1 (ru) 2010-03-03 2010-03-03 Способ локации радиоузла, система локации радиоузла и узел обработки данных

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011108958A1 true WO2011108958A1 (ru) 2011-09-09

Family

ID=44542425

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2010/000489 WO2011108958A1 (ru) 2010-03-03 2010-09-08 Способ локации радиоузла, система локации радиоузла и узел обработки данных

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20130141283A1 (ru)
RU (1) RU2432581C1 (ru)
WO (1) WO2011108958A1 (ru)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9086469B2 (en) * 2012-05-08 2015-07-21 Awarepoint Corporation Low frequency magnetic induction positioning system and method
WO2014030232A1 (ja) * 2012-08-22 2014-02-27 富士通株式会社 判定方法、判定プログラム、判定装置および判定システム
US9304186B2 (en) * 2013-04-10 2016-04-05 Intel Corporation System and method for channel feedback for location time of flight
US20150264530A1 (en) * 2014-03-12 2015-09-17 Gaby Prechner Access point initiated time-of-flight positioning
DE102014111588A1 (de) * 2014-08-13 2016-02-18 Sick Ag Verfahren zur simultanen datenübertragung und abstandsmessung
AT517225B1 (de) * 2015-06-12 2016-12-15 Smartbow Gmbh Verfahren für die Ortung von Tieren mit Hilfe von Funkwellen
US9974086B2 (en) 2015-06-26 2018-05-15 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Methods used in control node and radio node and associated devices
WO2016206103A1 (en) * 2015-06-26 2016-12-29 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Methods used in serving radio node and control node, and associated devices
WO2016206104A1 (en) 2015-06-26 2016-12-29 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Methods used in control nodes, and associated control nodes
RU2629823C2 (ru) * 2015-10-26 2017-09-04 Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ГБОУ ВПО СПбГПМУ Минздрава России) Устройство для диагностики распространенности опухолевого процесса
DE102015221836A1 (de) 2015-11-06 2017-05-11 Pepperl + Fuchs Gmbh Fördereinrichtung
DE102015221838B4 (de) 2015-11-06 2018-03-15 Pepperl + Fuchs Gmbh Fördereinrichtung
JP7082012B2 (ja) * 2018-08-23 2022-06-07 株式会社東海理化電機製作所 通信不正成立防止システム及び通信不正成立防止方法
US11461369B2 (en) * 2018-12-10 2022-10-04 Sap Se Sensor-based detection of related devices
RU2744808C2 (ru) * 2019-05-07 2021-03-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) Способ локального позиционирования узла-нарушителя информационной безопасности в мобильных системах передачи данных

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU98123169A (ru) * 1996-05-23 2000-10-10 Унвире АБ (SE) Способ и система для контроля множества подвижных объектов
WO2007067852A2 (en) * 2005-12-07 2007-06-14 Motorola, Inc. System and method for computing the position of a mobile device operating in a wireless network
WO2008143783A2 (en) * 2007-05-11 2008-11-27 Lucent Technologies Inc. Location estimation in end-user devices using public rodio signals

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5936572A (en) * 1994-02-04 1999-08-10 Trimble Navigation Limited Portable hybrid location determination system
US6681099B1 (en) * 2000-05-15 2004-01-20 Nokia Networks Oy Method to calculate true round trip propagation delay and user equipment location in WCDMA/UTRAN
US7042391B2 (en) * 2003-12-12 2006-05-09 Xerox Corporation Mobile device and method for determining location of mobile device
US7158882B2 (en) * 2004-03-01 2007-01-02 Global Locate, Inc Method and apparatus for locating position of a mobile receiver
US7099676B2 (en) * 2004-04-09 2006-08-29 Sony Corporation System and method for location and motion detection in a home wireless network
KR100946984B1 (ko) * 2007-12-10 2010-03-10 한국전자통신연구원 위치추적 시스템 및 방법
EP2105759A1 (en) * 2008-03-28 2009-09-30 Identec Solutions AG Method and systems for carrying out a two way ranging procedure
US8892127B2 (en) * 2008-11-21 2014-11-18 Qualcomm Incorporated Wireless-based positioning adjustments using a motion sensor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU98123169A (ru) * 1996-05-23 2000-10-10 Унвире АБ (SE) Способ и система для контроля множества подвижных объектов
WO2007067852A2 (en) * 2005-12-07 2007-06-14 Motorola, Inc. System and method for computing the position of a mobile device operating in a wireless network
WO2008143783A2 (en) * 2007-05-11 2008-11-27 Lucent Technologies Inc. Location estimation in end-user devices using public rodio signals

Also Published As

Publication number Publication date
US20130141283A1 (en) 2013-06-06
RU2432581C1 (ru) 2011-10-27
RU2010107742A (ru) 2011-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2432581C1 (ru) Способ локации радиоузла, система локации радиоузла и узел обработки данных
CN102419180B (zh) 一种基于惯性导航系统和wifi的室内定位方法
US9557402B2 (en) Indoor positioning system
CN101520502B (zh) 对无线传感器网络移动节点的跟踪定位方法
Sun et al. Indoor positioning tightly coupled Wi-Fi FTM ranging and PDR based on the extended Kalman filter for smartphones
US7298323B2 (en) Apparatus and method for locating user equipment using global positioning system and dead reckoning
CN109375158A (zh) 基于UGO Fusion的移动机器人定位方法
WO2012009633A1 (en) Location determination using radio wave measurements and pressure measurements
Zwirello et al. Sensor data fusion in UWB-supported inertial navigation systems for indoor navigation
KR20140126790A (ko) 무선 센서 네트워크 기반의 위치 추정방법
KR101135201B1 (ko) 무선 네트워크에서 가속도 위치 정보를 이용한 수신신호강도 기반 위치 측정 방법 및 위치측정 시스템
Lategahn et al. Tdoa and rss based extended kalman filter for indoor person localization
KR100882590B1 (ko) 위치 판단 장치 및 방법
CN100516900C (zh) 一种长波传播时延修正量的测量方法
CN109905846B (zh) 一种基于自主水下航行器的水下无线传感器网络定位方法
CN109725284B (zh) 用于确定物体的运动方向的方法和系统
WO2012166015A2 (ru) Способ локации радиоузла и средства локации радиоузла
Elfadil et al. Indoor navigation algorithm for mobile robot using wireless sensor networks
KR100897195B1 (ko) 위치 결정 시스템 및 방법
Moschevikin et al. The impact of nlos components in time-of-flight networks for indoor positioning systems
GB2595065A (en) Method and system for tracking and determining an indoor position of an object
CN113311387A (zh) 一种车辆位置定位方法及装置
GB2567887A (en) Method and system for tracking and determining a position of an object
Elfadil Navigation algorithm for mobile robots using WSN
FI127639B (en) Method and arrangement for tracking and determining position of an object

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10847112

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13261428

Country of ref document: US

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10847112

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1