Высокоточные автономные системы локального позиционирования

Системы локального позиционирования в отличие от систем глобального позиционирования не зависят от радионавигационной системы, передающей сигнал, который может при определенных условиях искажаться, доходить с задержками или вовсе не доходить до принимающего сигнал устройства.

Помехоустойчивость, оптимальный радиус действия и точность позиционирования, малые габариты и низкое энергопотребление, простота эксплуатации – все это способствует активному внедрению и использованию систем локального позиционирования. Основные сферы применения: повышение эффективности технологических и бизнес процессов, разведывательные операции по поиску пострадавших в зонах ЧС, защита охраняемых объектов и зон.

Таким образом, системы локального позиционирования активно задействуются в логистике и управлением производством, автоматизации эксплуатации жилых помещений, транспортной телематике, в медицинских учреждениях и в силовых государственных структурах.

RTLS (Real-Time Location System) или технология позиционирования в реальном времени

Технология, позволяющая в режиме реального времени определить местоположение объекта и идентифицировать его в локальной области пространства – Real-time Locating Systems или RTLS. Это автоматизированная система, которая производит идентификацию, определяет координаты и отображает местонахождение контролируемых объектов на ограниченной территории.

Предусмотрено накопление, обработка и хранение информации о перемещении транспорта, людей, различных механизмов в рамках мониторинга бизнес- и технологических процессов. Технология Real-time Locating Systems – относиться к системам автоматической идентификации объектов RFID второго поколения, считывающих и записывающих сигналы посредством радиосигналов. Данные хранятся в так называемых RFID-метках или транспондерах.

Подобные системы классифицируются на основе используемой ими технологии:

• Позиционирования в сотовых сетях;
• Не радиоволновых методах позиционирования;
• Wi-Fi позиционирования;
• Ultra Wideband (UWB) позиционирования;
• ZigBee сеть и MEMS акселерометры и др.

UHF (Ultra High Frequency) или ультравысокие радиочастоты

Активные метки на технологии UHF (Ultra High Frequency) и RTLS с диапазонами 2,4 и 433 ГГц функционируют на собственном батарейном питании и в отличие от полупассивных и пассивных меток не модулируют антенной метки отражение сигнала считывателя, а сами являются источниками излучения радиосигнала. За счет большего объема энергии для функционирования появляется возможность реализовывать схемы обработки сигналов высокой сложности.

Почти все активные метки в своей основе имеют однокристальные микроконтроллеры с внешним или встроенным радиочастотным приемопередатчиком. Активные метки также конструктивно содержат антенну, для соединения которой с часами реального времени используется одноразовая или заменяемая батарея питания со сроком службы от года до 5 лет (в зависимости от размеров и емкости). В зависимости от назначения в активных метках реализуют различные протоколы и способы обмена со считывателями либо же другими метками. Для существенной массы меток используется стандарт IEEE 802.15.4.

Wi-Fi (Wireless Fidelity) технология беспроводной передачи данных на основе стандарта IEEE 802.11

Система локального позиционирования Wi-Fi функционирует в соответствие со стандартом IEEE 802.11 для организации беспроводных сетей локального типа. Данный стандарт имеет целый ряд спецификаций, среди которых именно а, b, g и i являются общепризнанными и используются мировыми производителями оборудования, остальные же являются дополнениями или усовершенствованиями. Wi-Fi-совместимое оборудование чаще всего ассоциируется с созданием точек доступа для пользования Интернетом и сейчас практически любое устройство на рынке можно сделать Wi-Fi-совместимым. Предельное расстояние между модулем указанного стандарта и точной доступа при использовании выносной антенны может достигать 500 м вне помещения и 100 м – в помещении. Основной недостаток – относительно высокая стоимость оборудования, более высокий уровень энергопотребления, а значит – меньшие сроки службы батареи.

ZigBee спецификация сетевых протоколов верхнего уровня — уровня приложений APS и сетевого уровня NWK в стандарте IEEE 802.15.4

ZigBee (стандарт IEEE 802.15.4) является технологией, обеспечивающей беспроводную передачу данных. За названием кроется набор сетевых протоколов верхнего уровня, работающих на базе маломощных радиопередатчиков. Технология появилась на рынке уже после Wi-Fi и BlueTooth, что обусловила необходимость иметь низкую по стоимости и энергопотреблению аппаратную часть, позволяющую удаленно управлять, к примеру, освещением, гаражными воротами, считыванием информации с датчиков и т. д.

Пропускная способность также ниже, так как чаще всего в качестве источников питания используется встроенная батарея, требующая плановой замены через небольшой срок. Разработка микросхем ZigBee более доступна, чем для Wi-Fi, когда идет речь об организации крупных сетей устройств для офисных зданий. Но сама технология не предназначена для того, чтобы передавать большие объемы информации, в отличие от Wi-Fi. Большинство ZigBee устройств работает по такому алгоритму:

• Энергосбережение за счет изначально «спящего» режима;
• Поступление новой информации и активизация устройства;
• Оперативная передача данных и снова переход в «спящий» режим.

В целом, технология ZigBee была создана для построения промышленных беспроводных систем. Несмотря на невысокую стоимость обладает довольно высокой надежностью и длительным сроком питания от батареи.

UWB (Ultra Wideband) или сверхширокая полоса в стандарте IEEE 802.15.4

Технология UWB или Ultra Wideband обеспечивает передачу полезной информации с применением коротких импульсов с максимальной шириной спектра и минимальной центральной частотой. Основная характеристика технологии – высокая точность, вплоть до нескольких десятков см. Для ее функционирования используется псевдослучайное кодирование частоты или/и позиции повторения импульсов, фазы, (не) когерентная обработка при приеме сигнала. UWB технология может быть реализована на базе USB-устройств.

UWB относиться к сверхширокополосным технологиям позиционирования. Производителями предлагаются различные варианты данной технологии, которые различаются по форме импульсов – от относительно мощных одиночных до сотен маломощных. При этом в характеристиках систем будут просматриваться существенные отличия. Недостаток – нет законной возможности для использования на территории некоторых стран, включая и РФ, а также сложность для создания передатчика большой мощности. Плюсы – надежность, точность, устойчивость к проявлениям многолучевого затухания.

Сравнение технологий локального позиционирования