Решение

Целью разработки экспериментального образца аппаратно-программного комплекса (ЭО АПК) бесшовного позиционирования объектов является реализация и отладка методов и алгоритмов высокоточного бесшовного позиционирования, отвечающих следующим требованиям:

• Точность позиционирования – десятки (а в некоторых областях и единицы) сантиметров.
• Скорость объектов может достигать десятков км/ч, при этом позиционирование должно быть в реальном времени.
• Радиус действия – сотни метров.

Бесшовность и высокая точность позиционирования достигается за счёт интеллектуального комбинирования геоданных от различных источников – подход Sensor Fusion. Используемые источники геоданных:

• Радиочастотная система собственной разработки;
• ГНСС (GPS, ГЛОНАСС);
• Инерциальные датчики: акселерометр, гироскоп, магнетометр.

В основе ЭО АПК бесшовного позиционирования объектов лежит аппаратная система радиочастотного 2D-позиционирования, обеспечивающая локализацию объектов внутри и вне помещений с сантиметровой точностью. Система радиочастотного позиционирования использует сверхширокополосную технологию радиосвязи (англ. UWB – Ultra Wide Band) и реализована с использованием принципов программно-определяемого радио (англ. SDR – Software Defined Radio) на базе универсальной SDR-платформы. Данная система реализована в виде отдельного ЭО АПК высокоточного радиочастотного 2D позиционирования объектов.

Преимущества решения:

• Повышение точности позиционирования до 2 см (10 см у аналогов);
• Повышение дальности позиционирования до 500 м (300 м у аналогов);
• Позиционирование объектов, движущихся с высокой скоростью (до 50 км/ч) в реальном времени;
• Уникальные возможности высокоточного бесшовного позиционирования с плавным переходом при определении положения объекта во внутреннем и наружном пространстве;
• Оптимальность для использования в стратегически важных проектах национального масштаба (полностью российская разработка).

Детали

Этапы проекта:

• Разработка алгоритмов и ЭО АПК высокоточного радиочастотного 2D позиционирования объектов внутри помещений (2018).
• Разработка алгоритмов и ЭО АПК бесшовного гибридного 3D позиционирования объектов внутри и вне помещений (2019).
• Тестирование, отладка, испытания разработанного ЭО АПК бесшовного позиционирования (2020).

Разработанный ЭО АПК радиочастотного позиционирования состоит из трёх якорей (Anchor A, B, C) и одной метки (Tag). Якоря взаимодействуют с меткой по радиочастотному UWB-каналу. Между собой они синхронизированы по оптоволоконной линии связи (FOL – Fiber Optical Link) с использованием протокола субнаносекундной синхронизации. Метка периодически отправляет блинк-посылки. Якоря фиксируют моменты времени прихода посылок от метки и отправляют информацию на сервер (системный контроллер), по сети Ethernet. ПО на сервере вычисляет координаты метки в локальной системе координат с использованием алгоритма TDoA (Time Difference of Arrival) и визуализирует положение метки.

Якоря и метка ЭО АПК радиочастотного позиционирования реализованы на базе универсального аппаратного узла, состоящего из RF-фронтенда – высокопроизводительного SDR-трансивера и сигнального процессора (англ. BBP – BaseBand Processor), функции которого выполняет микросхема программируемой логики (ПЛИС).

Технические преимущества:

• Субнаносекундная синхронизация якорей;
• Радиочастотная технология UWB, обеспечивает максимальную точность позиционирования и высокую дальность при низком энергопотреблении.
• Позиционирование объектов в режиме реального времени;
• Подход Sensor Fusion: интеллектуальное комбинирование геоданных от источников различного типа;
• Используемые источники геоданных: RF-позиционирование, ГНСС, инерциальные системы;
• Принцип SDR, используемый в системе RF-позиционирования обеспечивает высокую гибкость и масштабируемость.

Технологии