RU2533202C2 - Method and system for positioning of mobile terminal inside buildings based on glonass-type signal - Google Patents
Method and system for positioning of mobile terminal inside buildings based on glonass-type signal Download PDFInfo
- Publication number
- RU2533202C2 RU2533202C2 RU2012157632/07A RU2012157632A RU2533202C2 RU 2533202 C2 RU2533202 C2 RU 2533202C2 RU 2012157632/07 A RU2012157632/07 A RU 2012157632/07A RU 2012157632 A RU2012157632 A RU 2012157632A RU 2533202 C2 RU2533202 C2 RU 2533202C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transmitters
- signal
- signals
- stationary
- navigation
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 140
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 48
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims abstract description 26
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 25
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 claims description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 230000006872 improvement Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 32
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 15
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 14
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 13
- 238000005311 autocorrelation function Methods 0.000 description 12
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 9
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 101100394003 Butyrivibrio fibrisolvens end1 gene Proteins 0.000 description 5
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 4
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 3
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 3
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 2
- 230000003416 augmentation Effects 0.000 description 2
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 238000005314 correlation function Methods 0.000 description 1
- 238000013479 data entry Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000012886 linear function Methods 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к навигации на основе радиосигналов (к радионавигации) и может быть использовано для определения позиции в условиях, когда прием сигналов глобальных спутниковых навигационных систем (GNSS) затруднен или невозможен, например, при нахождении внутри зданий.The invention relates to navigation based on radio signals (to radio navigation) and can be used to determine the position in conditions when the reception of signals from global satellite navigation systems (GNSS) is difficult or impossible, for example, when located inside buildings.
Уровень техникиState of the art
Известно большое количество способов определения позиции приемника с помощью радиосигналов. Единого способа радионавигации, пригодного для позиционирования в любых условиях, не существует. Наиболее универсальным средством для определения местоположения пользователя является спутниковая навигация. Базовые принципы спутниковой навигации описаны в работе [1]. К сожалению, спутниковая навигация, несмотря на заявляемый глобальный характер, гарантирует точность позиционирования порядка единиц метров только на открытой местности, а внутри помещений может быть недоступна. Низкое качество и ограниченная доступность спутниковой навигации внутри помещений связаны с двумя фундаментальными факторами: со значительным ослаблением мощности спутникового сигнала внутри помещений перекрытиями и стенами здания и с отражением сигнала от стен и других объектов. Последний фактор приводит к многолучевому распространению радиоволн.There are a large number of methods for determining the position of the receiver using radio signals. There is no single radio navigation method suitable for positioning under any conditions. The most universal means for determining the user's location is satellite navigation. The basic principles of satellite navigation are described in [1]. Unfortunately, satellite navigation, despite the claimed global character, guarantees positioning accuracy of the order of units of meters only in open areas, and may not be available indoors. The low quality and limited availability of indoor satellite navigation are associated with two fundamental factors: a significant weakening of the power of the satellite signal inside the premises by the ceilings and walls of the building and reflection of the signal from walls and other objects. The latter factor leads to multipath propagation of radio waves.
Технологии определения местоположения объекта, отличные от традиционной спутниковой навигации, принято называть альтернативными способами навигации. Именно такие технологии набирают все большую популярность в связи с возросшим спросом на навигацию внутри помещений.Technologies for determining the location of an object, other than traditional satellite navigation, are called alternative navigation methods. It is these technologies that are gaining more and more popularity due to the increased demand for indoor navigation.
Особо интересны альтернативные способы навигации, доступные для применения в мобильных устройствах, таких как, например, смартфон. Популярность той или иной альтернативной технологии позиционирования зависит от ряда факторов. Среди них: достигаемая точность и надежность, сложность поддержки в мобильном устройстве, влияющая на стоимость, необходимость дополнительной специальным образом развертываемой инфраструктуры. В ряде случаев, таких как навигация в крупных магазинах, аэропортах, вокзалах, музеях, выставочных центрах, желаемая точность позиционирования составляет десятки сантиметров. Одновременно с точностью к навигации в указанных местах предъявляются и другие требования, такие как надежность и минимальные пиковые ошибки. Неотъемлемой частью навигации внутри помещений является подробный план здания, как правило, загружаемый мобильным устройством через интернет.Of particular interest are the alternative navigation methods available for use in mobile devices, such as, for example, a smartphone. The popularity of an alternative positioning technology depends on a number of factors. Among them: the achieved accuracy and reliability, the complexity of support in a mobile device, affecting the cost, the need for additional specially deployed infrastructure. In some cases, such as navigation in large stores, airports, train stations, museums, exhibition centers, the desired positioning accuracy is tens of centimeters. At the same time, with accuracy in navigation in these places, other requirements are presented, such as reliability and minimal peak errors. An integral part of indoor navigation is a detailed building plan, usually downloaded by a mobile device via the Internet.
Для повышения точности и надежности навигации на территории, где спутниковый сигнал может быть частично или полностью заблокирован, предложено несколько способов дополнения спутникового созвездия наземными передатчиками, чей сигнал полностью или частично напоминает сигнал спутников и может быть принят обычными либо специализированными приемниками. Известен способ, заключающийся в дополнении спутникового созвездия так называемыми псевдоспутниками (в английской терминологии pseudolite). Пример системы, реализующей данный способ, описан в патенте [2]. Предлагаемая система состоит из традиционных навигационных спутников, наземных передатчиков (псевдоспутников), корректирующих базовых станций и организованных между передатчиками и базовыми станциями каналов связи для передачи корректирующих данных. В патенте [2] перечисляется большое число радиочастотных диапазонов, в рамках которых возможно организовать каналы связи для обмена данными. Предполагается, что сигнал наземных передатчиков синхронизируется с сигналом навигационных спутников согласно тем же принципам, что используются и при синхронизации сигналов спутников. Достоинством данного способа является улучшение навигационного покрытия заданной территории и доведение точности навигации до уровня, сопоставимого с навигацией под открытым небом. Среди недостатков данного подхода в первую очередь следует отметить инфраструктурную сложность и дороговизну системы. Сложность и дороговизна системы вызваны необходимостью развертывания специальных базовых станций с поддержкой особого типа сигнала, на основе которого осуществляется синхронизация псевдоспутников. Другим существенным недостатком системы является нерешенная проблема многолучевого распространения. Третий серьезный недостаток - проблема кросскорреляционных помех, создаваемых друг другу С/А-сигналами спутников GPS (в англоязычной литературе данную проблему часто именуют "near/far problem"). Суть этой проблемы состоит в том, что короткий (1023 чипа) псевдослучайный код, используемый в GPS для кодового разделения сигналов спутников (английский термин Code Division Multiple Access или CDMA), приводит к перекрестным помехам GPS-сигналов на уровне до -21 дБ. Таким образом, относительно слабый сигнал одного из спутников, а также псевдоспутников может быть подавлен соизмеримой с ним или превосходящей его помехой, создаваемой сигналом другого спутника или псевдоспутника ([1], глава 4.3.4. "Cross-Correlation Functions and CDMA Performance"). Проблема кросскорреляций при использовании псевдоспутников GPS усугубляется относительно небольшим расстоянием между псевдоспутником и приемником, а также большой его относительной вариативностью. При работе с псевдоспутниками расстояние от приемника до одного из передатчиков, передающих навигационный сигнал, может оказаться во много раз меньше, чем расстояние до другого передатчика, что неминуемо приводит к большой разности мощностей сигналов псевдоспутников на входе приемника и соответственно к сильным помехам, причиняемым одному из сигналов. Проблема большого динамического диапазона сигнала возникает и при одновременном приеме сигналов псевдоспутника и обычного спутника. Слишком сильное приближение к передатчику псевдоспутника приводит к блокированию относительно слабого сигнала, излучаемого настоящим спутником GPS, а слишком сильное отдаление приводит к блокированию относительно слабеющего сигнала псевдоспутника сигналом настоящего спутника. Использование сигнала ГЛОНАСС с частотным разделением каналов снижает уровень помех, создаваемых одним спутником или псевдоспутником другому спутнику. Так, если несущие частоты спутников расположены на соседних литерах, максимальный уровень кросскорреляционной помехи составляет - 26 дБ, а если несущие разнесены на двойной шаг по частоте, то - 34 дБ. Очевидным недостатком частотного разделения каналов в соответствии со стандартом ГЛОНАСС является недостаточное количество каналов в пределах отведенной под них частотной полосы. Завершая перечисление недостатков системы [2] и лежащего в ее основе метода, следует также отметить проблему синхронизации со спутниками в тех зданиях, где нет возможности вынести на крышу наружную антенну.To improve the accuracy and reliability of navigation in an area where a satellite signal can be partially or completely blocked, several methods have been proposed to supplement the satellite constellation with ground-based transmitters, whose signal fully or partially resembles a satellite signal and can be received by conventional or specialized receivers. A known method is to supplement the satellite constellation with the so-called pseudosatellites (in English terminology pseudolite). An example of a system that implements this method is described in the patent [2]. The proposed system consists of traditional navigation satellites, ground-based transmitters (pseudosatellites), corrective base stations and organized communication channels between transmitters and base stations for transmitting corrective data. The patent [2] lists a large number of radio frequency ranges within which it is possible to organize communication channels for data exchange. It is assumed that the signal from the ground transmitters is synchronized with the signal from the navigation satellites according to the same principles that are used for synchronizing satellite signals. The advantage of this method is to improve the navigation coverage of a given territory and bring navigation accuracy to a level comparable to outdoor navigation. Among the shortcomings of this approach, the infrastructural complexity and high cost of the system should be noted in the first place. The complexity and high cost of the system are caused by the need to deploy special base stations with support for a special type of signal, based on which pseudo-satellites are synchronized. Another significant drawback of the system is the unsolved problem of multipath propagation. The third serious drawback is the problem of cross-correlation interference created by the C / A signals of GPS satellites to each other (in the English literature this problem is often called the “near / far problem”). The essence of this problem is that a short (1023 chip) pseudo-random code used in GPS for code separation of satellite signals (the English term Code Division Multiple Access or CDMA) leads to crosstalk of GPS signals at the level of -21 dB. Thus, the relatively weak signal of one of the satellites, as well as the pseudo-satellites, can be suppressed by a noise comparable to it or superior to it caused by the signal of another satellite or pseudo-satellite ([1], chapter 4.3.4. “Cross-Correlation Functions and CDMA Performance”) . The cross-correlation problem when using GPS pseudo-satellites is compounded by the relatively small distance between the pseudo-satellite and the receiver, as well as its large relative variability. When working with pseudo-satellites, the distance from the receiver to one of the transmitters that transmit the navigation signal can be many times smaller than the distance to the other transmitter, which inevitably leads to a large difference in the power of the signals of the pseudo-satellites at the input of the receiver and, accordingly, to strong interference caused by one of signals. The problem of a large dynamic range of the signal also arises with the simultaneous reception of signals from a pseudo-satellite and a conventional satellite. Too close to the pseudo-satellite transmitter will block the relatively weak signal emitted by the real GPS satellite, and too much distance will block the relatively weak signal from the pseudo-satellite by the signal from the real satellite. Using a GLONASS signal with frequency division multiplexing reduces the level of interference caused by one satellite or pseudo-satellite to another satellite. So, if the carrier frequencies of the satellites are located on adjacent letters, the maximum level of cross-correlation interference is 26 dB, and if the carriers are separated by a double frequency step, then 34 dB. An obvious disadvantage of the frequency separation of channels in accordance with the GLONASS standard is the insufficient number of channels within the frequency band allocated for them. Concluding the enumeration of the shortcomings of the system [2] and the method underlying it, it should also be noted the problem of synchronization with satellites in those buildings where it is not possible to bring an external antenna to the roof.
Описанные выше проблемы частично решаются за счет отказа от глобальной синхронизации псевдоспутников по сигналам реальных спутников. Известен пример реализации подобной системы, изложенный в патенте [3]. Согласно данной идее, система работает автономно и не предполагает наличия реальных навигационных спутников. Входящие в систему псевдоспутники делятся на один ведущий и остальные ведомые (в английской терминологии master и slave). Часы ведомых псевдоспутников синхронизируются с часами ведущего. Для обеспечения синхронизации используется проводной интерфейс или иной способ, выходящий за рамки патента. Достоинством данного метода является несколько большая легкость инсталляции, так как система не предполагает синхронизации псевдоспутников с реальными спутниками. Недостатками данного метода, как и в предыдущем случае, являются инфраструктурная сложность, неизбежная для любого метода синхронизации псевдоспутников с точностью, сопоставимой с точностью синхронизации системы GPS. В дополнение к требованию высокой точности синхронизации инфраструктурные затраты на развертывание описываемой системы усугубляются отсутствием удобного канала синхронизации. Не решена в описываемой системе и проблема многолучевости и ограниченного динамического диапазона сигналов псевдоспутников (описанная выше near/far problem), что приводит к серьезным ограничениям в расположении передатчиков и к относительно небольшой зоне покрытия на их основе. Отдельно стоит отметить потенциальную несовместимость развертываемой системы псевдоспутников с существующими стандартными приемниками. Несовместимость связана с рядом опасностей передачи псевдоспутниками сигнала, в точности эквивалентного сигналу реальных спутников, в частности передаваемого на той же несущей частоте и образованного на основе той же псевдослучайной последовательности. Потенциальная алгоритмическая несовместимость сигнала псевдоспутника с программным обеспечением существующих приемников дополнительно ограничивает широкое применение псевдоспутников.The problems described above are partially solved due to the rejection of global synchronization of pseudo-satellites by signals from real satellites. A known example of the implementation of such a system described in the patent [3]. According to this idea, the system works autonomously and does not imply the presence of real navigation satellites. The pseudo-satellites included in the system are divided into one master and the other slaves (in English terminology master and slave). The clock of the slave pseudo-satellites is synchronized with the clock of the master. To ensure synchronization, a wired interface or other method is used that is beyond the scope of the patent. The advantage of this method is the somewhat greater ease of installation, since the system does not imply synchronization of pseudosatellites with real satellites. The disadvantages of this method, as in the previous case, are the infrastructural complexity that is inevitable for any method of synchronizing pseudosatellites with an accuracy comparable to the accuracy of GPS synchronization. In addition to the requirement for high accuracy of synchronization, the infrastructure costs of deploying the described system are compounded by the lack of a convenient synchronization channel. The problem of multipath and a limited dynamic range of pseudo-satellite signals (described near / far problem), which leads to serious limitations in the location of the transmitters and to a relatively small coverage area based on them, is also not solved in the described system. Separately, it is worth noting the potential incompatibility of the deployable pseudo-satellite system with existing standard receivers. Incompatibility is associated with a number of dangers of pseudo-satellite transmission of a signal exactly equivalent to the signal of real satellites, in particular transmitted on the same carrier frequency and formed on the basis of the same pseudo-random sequence. The potential algorithmic incompatibility of the pseudo-satellite signal with the software of existing receivers further limits the widespread use of pseudo-satellites.
Известно несколько методов, позволяющих значительно упростить инфраструктурную сложность развертывания системы позиционирования на базе псевдоспутников. Один из таких методов описан, например, в патенте [4]. Согласно данному методу передатчики работают асинхронно, а присутствующий в системе дополнительный приемник, осуществляющий калибровку сигналов передатчиков, предназначен для выработки поправок к эфемеридам передатчиков, которые затем учитываются в пользовательских приемниках во время решения навигационной задачи. Достоинством данного метода является значительное удешевление системы. Среди недостатков метода можно отметить все те же проблемы с ограниченным динамическим диапазоном сигнала передатчиков, и как следствие, с ограниченной зоной действия системы. Кроме того, из-за многолучевости в дополнительном стационарном приемнике невозможно точно рассчитать поправки к сигналу, излучаемому асинхронными передатчиками. Совместно с проблемой многолучовости, проявляющейся в пользовательском навигационном приемнике, последнее обстоятельство приводит к серьезному ухудшению качества навигации. Еще одним недостатком является несовместимость с существующими приемниками. Инфраструктурная сложность хотя и уменьшается по сравнению с предыдущим методом, но остается достаточно высокой, так как необходимо обеспечить оперативную доставку эфемеридных поправок пользовательским приемникам. Дополнительным недостатком метода является пониженная точность позиционирования, связанная с задержками передачи поправок в пользовательские приемники. Также необходимость постоянного уточнения поправок посредством их передачи по мобильной или иной другой сети приводит к дополнительному трафику и энергопотреблению пользовательского приемника.Several methods are known to significantly simplify the infrastructural complexity of deploying a positioning system based on pseudo-satellites. One of these methods is described, for example, in the patent [4]. According to this method, the transmitters work asynchronously, and the additional receiver present in the system, which calibrates the transmitter signals, is designed to generate corrections to the transmitter ephemeris, which are then taken into account in user receivers during the navigation task. The advantage of this method is a significant reduction in the cost of the system. Among the disadvantages of the method are the same problems with a limited dynamic range of the transmitter signal, and as a result, with a limited area of the system. In addition, due to multipath in an additional stationary receiver, it is not possible to accurately calculate corrections to the signal emitted by asynchronous transmitters. Together with the multipath problem that appears in the user navigation receiver, the latter circumstance leads to a serious deterioration in the quality of navigation. Another drawback is incompatibility with existing receivers. Although the infrastructural complexity is reduced compared to the previous method, it remains quite high, since it is necessary to ensure the prompt delivery of ephemeris corrections to user receivers. An additional disadvantage of this method is the reduced positioning accuracy associated with delays in transmitting corrections to user receivers. Also, the need for constant updating of amendments through their transmission over a mobile or other other network leads to additional traffic and power consumption of the user receiver.
Известен другой метод, еще более упрощающий инфраструктуру системы навигации внутри помещений. При этом попыток синхронизировать или калибровать асинхронные передатчики не предпринимается вовсе. Данный принцип лег в основу GPS-подобных маяков IMES (Indoor Messaging System), стандартизированных в рамках интерфейсного документа QZSS (Quasi-Zenith Satellite System) - навигационной системы, разработанной авиационно-космическим агентством Японии JAXA [5]. В интерфейсном документе указаны два патента [6,7], описывающие базовые принципы построения данной и аналогичных ей систем локального позиционирования внутри помещений. В указанных патентах, а также в их аналогах, например [8], описывается система, состоящая как минимум из одного передатчика, излучающего сигнал в полосе, используемой спутниковой навигационной системой, при этом в качестве коротких эфемерид передатчик сообщает свои координаты. Система не предполагает использования передатчиков для вычисления навигации в дальномерном или фазовом режиме. Другим серьезным отличием этих передатчиков от псевдоспутников является передача альтернативной позиционирующей информации. По сути, передатчик IMES является не псевдоспутником, а маяком, передающим Cell-ID. Предполагается, что аппаратная часть традиционных навигационных приемников, изначально рассчитанная на прием только сигнала GPS, тем не менее, может принимать и сигнал QZSS/IMES, так как с т.з. модуляции перечисленные сигналы аналогичны. Достоинством описываемого подхода является наименьшая инфраструктурная сложность размещения передатчиков, а также совместимость с аппаратным дизайном приемников, разработанных до появления стандарта IMES. Очевидным недостатком системы является резкое ухудшение точности позиционирования, так как точность определения позиции фактически равна зоне действия передатчика IMES. Другим недостатком системы IMES является наполнение полосы GPS сигналом, коррелированным с уровнем до -21 дБ с традиционными сигналами спутников GPS. Как следствие, стандартные приемники воспринимают кросскорреляционные наводки сигналов IMES как сигнал с настоящих навигационных спутников. Говоря шире, сигнал IMES может восприниматься существующими приемниками как помеха, имитирующая спутниковые сигналы.Another method is known that further simplifies the infrastructure of the indoor navigation system. In this case, attempts to synchronize or calibrate asynchronous transmitters are not made at all. This principle formed the basis of GPS-like IMES (Indoor Messaging System) beacons, standardized in the framework of the QZSS (Quasi-Zenith Satellite System) interface document, a navigation system developed by JAXA, Japan's aerospace agency [5]. The interface document contains two patents [6,7] that describe the basic principles for constructing this and similar systems for local positioning indoors. These patents, as well as their analogues, for example [8], describe a system consisting of at least one transmitter emitting a signal in the band used by the satellite navigation system, while the transmitter reports its coordinates as short ephemeris. The system does not involve the use of transmitters to calculate navigation in rangefinder or phase mode. Another major difference between these transmitters and pseudo-satellites is the transfer of alternative positioning information. In fact, the IMES transmitter is not a pseudo-satellite, but a beacon transmitting a Cell-ID. It is assumed that the hardware of traditional navigation receivers, originally designed to receive only a GPS signal, can nevertheless receive a QZSS / IMES signal, since modulation of the listed signals are similar. The advantage of the described approach is the smallest infrastructural complexity of the placement of transmitters, as well as compatibility with the hardware design of receivers developed before the advent of the IMES standard. An obvious drawback of the system is a sharp deterioration in positioning accuracy, since the accuracy of determining the position is actually equal to the coverage of the IMES transmitter. Another disadvantage of the IMES system is that the GPS bandwidth is filled with a signal correlated to -21 dB with traditional GPS satellite signals. As a result, standard receivers perceive cross-correlation crosstalk of IMES signals as a signal from real navigation satellites. More broadly, an IMES signal can be perceived by existing receivers as interference that mimics satellite signals.
Известен ряд методов локального позиционирования, описывающих систему, принципиально отличную и несовместимую с принципами, используемыми в навигационных приемниках. Данные методы, такие как навигация по традиционным точкам доступа Wi-Fi, по базовым станциям сотовой связи, по передатчикам радио и телевизионного вещания и т.д., обеспечивают точность позиционирования, сопоставимую или более худшую, чем точность навигации по IMES. Основным достоинством данных методов является отсутствие дополнительных усилий для развертывания системы позиционирования. При использовании данных методов предполагается, что базовые станции и/или точки доступа Wi-Fi уже присутствуют в необходимом количестве для навигации внутри зданий. Этот факт может привести к тому, что навигация будет носить негарантированный, случайный характер. Следует отдельно подчеркнуть недостаток навигации по прерывистым сигналам, либо по сигналам, сканируемым неодновременно (типичный пример такой навигации - позиционирование по точкам доступа Wi-Fi по принципу "fingerprinting"), заключающийся в трудности или невозможности выполнять навигацию позиционируемого объекта в движении.A number of local positioning methods are known that describe a system that is fundamentally different and incompatible with the principles used in navigation receivers. These methods, such as navigating traditional Wi-Fi access points, cellular base stations, radio and television transmitters, etc., provide positioning accuracy comparable to or worse than IMES navigation accuracy. The main advantage of these methods is the lack of additional efforts to deploy a positioning system. Using these methods, it is assumed that base stations and / or Wi-Fi access points are already present in the required quantity for navigation inside buildings. This fact may lead to the fact that navigation will be unwarranted, random in nature. It should be emphasized separately the lack of navigation on intermittent signals, or on signals scanned at the same time (a typical example of such navigation is positioning on Wi-Fi access points on the basis of the "fingerprint" principle), which consists in the difficulty or inability to navigate the positioned object in motion.
Актуальность гарантированной высокоточной навигации в зданиях (indoor) побуждает индустрию добавлять поддержку локального позиционирования в коммуникационные стандарты, изначально не ориентированные на решение навигационных задач. Наиболее серьезным образом локальное позиционирование поддержано в стандарте IEEE 802.15.4 [9], а также в стандарте ISO на RTLS (Real-Time Locating Systems) [10]. Одно из несомненных достоинств стандарта IEEE 802.15.4 - использование специального вида модуляции - UWB (Ultra-Wide Band) с шириной полосы 499.2 МГц. Использование сверхширокой полосы сигнала позволяет увеличить разрешающую способность измерения расстояния до 1.2 м, что при навигации дальномерным методом теоретически позволяет достичь точности 0.6 м даже в условиях многолучевости (при наличии прямого луча). Стандартом предусматривается как измерение псевдодальностей (по измерениям времени прихода сигнала в одном направлении), так и определение полноценных дальностей до позиционирующих приемопередатчиков (измерение суммарной задержки распространения сигнала в обоих направлениях). Недостатками данной технологии являются эксплуатационные ограничения, накладываемые стандартом IEEE 802.15.4 (в первую очередь, ограниченная зона действия передатчика - до 10 м), и большая дополнительная работа, необходимая для поддержки приемником навигации по UWB, являющейся в стандарте IEEE 802.15.4 опциональной. Кроме того, точность позиционирования в реальных приемниках может существенно ухудшиться из-за проблематичной процедуры самокалибровки передатчиков при измерении абсолютных дальностей ([9], глава ЕЛ.6) и из-за проблем постоянной временной калибровки при использовании традиционного метода навигации, основанного на вычислении псевдодальностей до позиционирующих приемопередатчиков. Следует также отметить технологические проблемы, связанные со сверхширокой полосой сигнала, что делает проблематичным применение данного стандарта в портативных устройствах.The relevance of guaranteed high-precision navigation in buildings (indoor) encourages the industry to add support for local positioning in communication standards that were not initially oriented towards solving navigation problems. In the most serious way, local positioning is supported in the IEEE 802.15.4 standard [9], as well as in the ISO standard on RTLS (Real-Time Locating Systems) [10]. One of the undoubted advantages of the IEEE 802.15.4 standard is the use of a special type of modulation - UWB (Ultra-Wide Band) with a bandwidth of 499.2 MHz. The use of an ultra-wide signal band allows one to increase the resolution of distance measurement to 1.2 m, which, when navigated by the rangefinder method, theoretically allows achieving accuracy of 0.6 m even in multipath conditions (in the presence of a direct beam). The standard provides both a measurement of pseudorange (by measuring the arrival time of a signal in one direction), and determining the full range to positioning transceivers (measuring the total delay of signal propagation in both directions). The disadvantages of this technology are the operational limitations imposed by the IEEE 802.15.4 standard (first of all, the limited coverage of the transmitter is up to 10 m), and a lot of additional work is necessary to support the UWB navigation receiver, which is optional in the IEEE 802.15.4 standard. In addition, the positioning accuracy in real receivers can significantly deteriorate due to the problematic procedure for self-calibration of transmitters when measuring absolute distances ([9], chap. EL.6) and because of the problems of constant time calibration using the traditional navigation method based on the calculation of pseudorange to positioning transceivers. It should also be noted technological problems associated with an ultra-wide bandwidth of the signal, which makes the application of this standard in portable devices problematic.
Известны методы повышения точности спутниковой и псевдоспутниковой навигации как вне, так и внутри помещений за счет дополнительного усложнения инфраструктуры. Основным методом повышения точности навигации до сантиметрового уровня является метод Real Time Kinematic или RTK ([1], глава 8.4. "Carrier-Based Techniques"). В ряде реализаций RTK помимо удорожания инфраструктуры повышается стоимость и пользовательского приемника (требуется двухчастотный прием GPS сигнала в диапазонах L1 и L2). Кроме того, эффективность RTK напрямую связана с возможностью первичного (приблизительного) определения местоположения приемника, которое затем уточняется. Основу RTK составляет фазовый метод определения координат, а также фазовое сопровождение и коррекция псевдодальностей спутников. Навигация с использованием фазового метода сопровождения описана, например, в патенте [11]. В указанном патенте описывается подвижная платформа, выделяющая из сигнала GPS различные измерительные данные и производящая подстройку одних типов данных по другим типам данных. Предлагается, например, подстройка задержки сигнала спутника (delay) в ответ на изменение фазы и так далее. Фазовое сопровождение позволяет позиционировать приемник с сантиметровой точностью относительно стартовой точки, с которой началось движение. Другим достоинством фазового метода навигации является существенно лучшая точность в условиях многолучевого распространения сигнала. В то же время определение точных координат стартовой точки фазовым методом является нетривиальной задачей, так как фаза сигнала без применения специальных методов разрешения фазовой неоднозначности позволяет определить лишь дробную часть числа длин волн, укладывающихся в определяемой приемником псевдодальности до передатчика. Специфика применения метода RTK в псевдоспутниках комплексно рассмотрена в [12]. В этой работе приводится ряд предложений, как решать проблему фазовой неоднозначности RTK (определения целого количества длин волн в псевдодальностях), предлагаются различные алгоритмы самокалибровки. Безусловным достоинством метода RTK в известных его реализациях является повышение точности навигации до сантиметрового уровня и относительно высокая защита от многолучевости (при сильном прямом луче). Основным недостатком известных методик реализации RTK является отмеченное выше совокупное удорожание системы позиционирования, а также проблема определения стартовой позиции.Known methods for improving the accuracy of satellite and pseudo-satellite navigation both outside and indoors due to additional complication of the infrastructure. The main method for increasing navigation accuracy to a centimeter level is the Real Time Kinematic or RTK method ([1], chapter 8.4. "Carrier-Based Techniques"). In a number of RTK implementations, in addition to the cost of infrastructure, the cost of a user receiver also increases (a dual-frequency GPS signal reception in the L1 and L2 bands is required). In addition, the effectiveness of RTK is directly related to the possibility of primary (approximate) determination of the location of the receiver, which is then specified. The basis of RTK is the phase method for determining coordinates, as well as phase tracking and correction of the pseudorange of satellites. Navigation using the phase tracking method is described, for example, in the patent [11]. This patent describes a mobile platform that extracts various measurement data from a GPS signal and adjusts one type of data for other types of data. It is proposed, for example, to adjust the delay of a satellite signal (delay) in response to a phase change and so on. Phase tracking allows you to position the receiver with centimeter accuracy relative to the starting point from which the movement began. Another advantage of the phase navigation method is significantly better accuracy in multipath conditions. At the same time, determining the exact coordinates of the starting point by the phase method is a non-trivial task, since the phase of the signal without the use of special methods of resolving phase ambiguity allows one to determine only a fraction of the number of wavelengths that fit into the pseudorange determined by the receiver to the transmitter. The specific application of the RTK method in pseudosatellites was comprehensively considered in [12]. In this paper, a number of suggestions are given on how to solve the RTK phase ambiguity problem (determining the integer number of wavelengths in pseudorange), various self-calibration algorithms are proposed. The undoubted advantage of the RTK method in its well-known implementations is the increase in navigation accuracy to a centimeter level and relatively high protection against multipath (with strong direct beam). The main drawback of the well-known RTK implementation techniques is the aggregate rise in the cost of the positioning system noted above, as well as the problem of determining the starting position.
Известен метод позиционирования на основе фазовых измерений по принципу интерферометра, представляющий собой один из вариантов реализации принципа триангуляции. Данный метод также является одним из вариантов реализации определения угла прихода сигнала (в англоязычной литературе - Angle of Arrival (АоА), а также Direction Finding). Пример реализации подобного метода изложен в патенте [13]. В патенте описывается система из двух и более базовых станций с массивом антенн, принимающих сигнал мобильного передатчика и вычисляющих направляющий угол на основе разности фаз несущей этого сигнала, полученных на выходе каждой из антенн. Согласно предлагаемому патентом методу фазовые измерения дополнительно взвешиваются при помощи линейных и нелинейных функций, а прием сигнала мобильного передатчика обеспечивается за счет специального протокола или набора сообщений, передаваемых мобильным передатчиком базовым станциям. Определение местоположения приемника в плане осуществляется путем нахождения точки пересечения лучей, соответствующих направлению сигнала с мобильного устройства, определенному каждой базовой станцией. Преимуществом данного метода является отсутствие проблемы фазовой неоднозначности благодаря малому расстоянию между антенными элементами (рекомендуется расставлять антенные элементы с шагом в полдлины волны). Недостатком метода является возрастание ошибки позиционирования по мере удаления позиционируемого объекта от массива антенн, а также необходимость постоянного излучения сигнала позиционируемым объектом.A known positioning method based on phase measurements on the principle of an interferometer, which is one of the options for implementing the principle of triangulation. This method is also one of the options for determining the angle of arrival of the signal (in the English literature - Angle of Arrival (AoA), as well as Direction Finding). An example of the implementation of such a method is described in the patent [13]. The patent describes a system of two or more base stations with an array of antennas, receiving a mobile transmitter signal and calculating a direction angle based on the phase difference of the carrier of this signal received at the output of each of the antennas. According to the method proposed by the patent, phase measurements are additionally weighted using linear and non-linear functions, and the reception of a mobile transmitter signal is provided by a special protocol or a set of messages transmitted by a mobile transmitter to base stations. Determining the location of the receiver in the plan is carried out by finding the intersection point of the rays corresponding to the direction of the signal from the mobile device defined by each base station. The advantage of this method is the absence of a phase ambiguity problem due to the small distance between the antenna elements (it is recommended to place the antenna elements in increments of half the wavelength). The disadvantage of this method is the increase in positioning error as the positioned object moves away from the array of antennas, as well as the need for constant signal emission from the positioned object.
Известен способ позиционирования на основе фазовых измерений по принципу Direction Finding, согласно которому для определения направления на объект используется несколько антенн передатчиков и одна антенна в навигационном приемнике. В отличие от предыдущего метода позиция приемника определяется через углы излучения (УИ) позиционирующих передающих устройств. Данный метод в англоязычной литературе имеет аббревиатуру AoD (Angle of Departure). Метод определения координат объекта по углам излучения (УИ) с двух и более передатчиков хорошо известен в авиации (используется в курсовых радиомаяках). Определение УИ возможно разными способами, среди которых для локального позиционирования наиболее точным и устойчивым к многолучевости, является метод на основе измерения разности фаз сигналов, приходящих с антенных элементов передатчика. Это означает, что сигналы с различных антенных элементов передатчика определенным образом разделяются в приемнике. В случае частотного разделения сигналов (английский термин Frequency Division Multiple Access(FDMA)) измерение разности фаз принимаемых сигналов может быть осложнено нелинейностью фазовой характеристики приемника. При разделении сигналов по времени (английский термин Time Division Multiple Access(TDMA)) измеряемая разность фаз может быть искажена нестабильностью доплеровского смещения, причина которой - перемещение объекта с ускорением, а также шум источника опорного колебания (например, Temperature Compensated crystal Oscillator (TCXO)). При кодовом разделении сигнала (CDMA) возможны сильные перекрестные помехи (near/far problem), также способные существенно сказаться на фазовых измерениях. Преимуществом данного метода является пассивный режим работы позиционируемого навигационного устройства, так как все сигналы излучаются радиомаяками, а не самим устройством. Недостатком метода, как и в предыдущем случае, является деградация точности позиционирования, пропорциональная удалению от маяков, а также пониженная надежность в движении. Другим серьезным недостатком метода является его неработоспособность при слабом прямом сигнале радиомаяка и сильном отраженном сигнале.A known positioning method based on phase measurements according to the Direction Finding principle, according to which several transmitter antennas and one antenna in the navigation receiver are used to determine the direction to the object. Unlike the previous method, the position of the receiver is determined through the angles of radiation (IM) of the positioning transmitting devices. This method in the English literature has the abbreviation AoD (Angle of Departure). The method of determining the coordinates of an object from the angles of radiation (IM) from two or more transmitters is well known in aviation (used in directional radio beacons). The determination of UI is possible in various ways, among which the most accurate and resistant to multipath for local positioning is the method based on measuring the phase difference of the signals coming from the antenna elements of the transmitter. This means that signals from various antenna elements of the transmitter are separated in a certain way at the receiver. In the case of frequency separation of signals (the English term Frequency Division Multiple Access (FDMA)), the measurement of the phase difference of the received signals can be complicated by the nonlinearity of the phase characteristics of the receiver. When dividing signals by time (the English term Time Division Multiple Access (TDMA)), the measured phase difference can be distorted by the instability of the Doppler shift, the cause of which is the movement of the object with acceleration, as well as the noise of the reference oscillation source (for example, Temperature Compensated crystal Oscillator (TCXO) ) With Code Division Signal Separation (CDMA), strong near-far crosstalk is possible, which can also significantly affect phase measurements. The advantage of this method is the passive mode of operation of the positioned navigation device, since all signals are emitted by beacons, and not by the device itself. The disadvantage of the method, as in the previous case, is the degradation of positioning accuracy proportional to the distance from the beacons, as well as reduced reliability in motion. Another serious drawback of the method is its inoperability with a weak direct beacon signal and a strong reflected signal.
Известны метод и система позиционирования в здании по принципу измерения УИ, позволяющие уменьшить количество многоантенных передающих маяков вплоть до одного устройства. Данные метод и система описаны в патенте [14]. Согласно патенту в системе присутствуют передатчики, каждый из которых передает индивидуальный сигнал и подключен к отдельной антенне, а также приемник, способный различить сигналы передатчиков и использующий дополнительные ограничения на систему (например, определенное вертикальное расположение приемника) для вычисления позиции. Благодаря дополнительным ограничениям описанный метод и реализующая его система теоретически способны определить не только угловые координаты объекта относительно каждого из маяков, но и расстояние до маяка. Система, таким образом, позволяет определять координаты объекта даже по одному маяку. Преимуществом данного метода является сокращение количества радиомаяков. Недостатком системы является невозможность гарантировать соблюдение дополнительных ограничений - в первую очередь определенной высоты расположения навигационного приемника, который может быть в мобильном телефоне. При несоблюдении налагаемых на систему ограничений (условий) точность позиционирования объектов ухудшается пропорционально отступлению от априорно предполагаемых условий. Другим серьезным недостатком описанных угломерных систем навигации, ориентированных на фазовый метод измерений, является, как и в предыдущем случае, их неработоспособность при слабом прямом сигнале радиомаяка и сильном отраженном сигнале.The known method and positioning system in the building on the basis of the measurement of MD, allowing to reduce the number of multi-antenna transmitting beacons up to one device. These method and system are described in the patent [14]. According to the patent, the system contains transmitters, each of which transmits an individual signal and is connected to a separate antenna, as well as a receiver that can distinguish between transmitter signals and uses additional restrictions on the system (for example, a certain vertical location of the receiver) to calculate the position. Due to additional restrictions, the described method and the system that implements it are theoretically capable of determining not only the angular coordinates of the object relative to each of the lighthouses, but also the distance to the lighthouse. The system, thus, allows you to determine the coordinates of the object even by one beacon. The advantage of this method is the reduction in the number of beacons. The disadvantage of the system is the inability to guarantee compliance with additional restrictions - first of all, a certain height of the navigation receiver, which can be in a mobile phone. If the restrictions (conditions) imposed on the system are not observed, the accuracy of positioning of the objects deteriorates in proportion to the deviation from the a priori assumed conditions. Another serious drawback of the described goniometric navigation systems oriented to the phase measurement method is, as in the previous case, their inoperability with a weak direct beacon signal and a strong reflected signal.
Анализ известных на сегодняшний день методик позиционирования внутри помещений показывает, что позиционирование с помощью псевдоспутников, передающих непрерывный шумоподобный сигнал, теоретически позволяет достичь наилучшей точности, причем как в статике, так и в динамике, но для достижения надежной метровой и субметровой точности в помещении с большим количеством радиоотражающих и радионепроницаемых объектов требуется разместить большое количество маяков. В то же время, размещение большого количества маяков помимо ценового фактора ведет к сильным кросскорреляционным помехам, свойственным С/А коду GPS. Также установка большого количества маяков в помещении неизбежно сказывается на точности определения местоположения и при использовании альтернативных способов позиционирования. Наличие в зоне видимости приемника большого количества передающих маяков ведет к ухудшению качества навигации, связанному с неизбежными взаимными помехами, создаваемыми излучаемым маяками сигналом.An analysis of the currently known indoor positioning techniques shows that positioning using pseudo-satellites transmitting a continuous noise-like signal theoretically allows you to achieve the best accuracy, both in statics and dynamics, but to achieve reliable meter and submeter accuracy in a room with large by the number of radio-reflecting and radio-tight objects it is required to place a large number of beacons. At the same time, the placement of a large number of beacons in addition to the price factor leads to strong cross-correlation interference inherent in the GPS C / A code. Also, the installation of a large number of beacons in the room inevitably affects the accuracy of determining the location and when using alternative positioning methods. The presence in the visibility range of the receiver of a large number of transmitting beacons leads to a deterioration in the quality of navigation associated with the inevitable mutual interference caused by the signal emitted by the beacons.
Известен ряд методов, направленных на снижение кросскорреляционных помех, создаваемых сигналами, идентичными или аналогичными сигналу С/А GPS. В патенте [15] предлагается моделировать помеху, создаваемую шумоподобным сигналом, сформированным на основе одного псевдослучайного кода, сигналу, сформированному на основе другого псевдослучайного кода, затем вычитать предсказанное значение помехи из результатов корреляции входного сигнала со вторым кодом. Достоинством данного метода является снижение кросскорреляционного воздействия друг на друга сигналов, разделяемых по принципу CDMA, и, как следствие, частичное решение "near/far problem". Основным недостатком метода применительно к навигации по сильному сигналу псевдоспутников является необходимость отслеживать все "вычитаемые" сигналы псевдоспутников, число которых может превысить имеющееся в приемнике количество каналов сопровождения.A number of methods are known aimed at reducing cross-correlation noise created by signals identical or similar to the GPS C / A signal. In the patent [15], it is proposed to model the interference caused by a noise-like signal generated on the basis of one pseudo-random code to a signal generated on the basis of another pseudo-random code, then subtract the predicted value of the interference from the results of correlation of the input signal with the second code. The advantage of this method is the reduction of the cross-correlation effects of signals separated by the CDMA principle, and, as a result, a partial solution of the “near / far problem”. The main drawback of the method as applied to navigation through a strong pseudo-satellite signal is the need to track all “subtracted” pseudo-satellite signals, the number of which can exceed the number of tracking channels available in the receiver.
Известен метод, понижающий взаимные кросскорреляционные помехи шумоподобных сигналов за счет увеличения длины кодовой последовательности и одновременно частотной полосы, занимаемой навигационным сигналом. Примером такого метода является Р-код GPS. Данный метод можно считать наиболее перспективным для реализации новых систем навигации по псевдоспутникам внутри помещений, однако применительно к существующим гражданским навигационным приемникам использовать данный метод невозможно, так как в них Р-код GPS не поддерживается. Другим примером реализации такого метода является сигнал El Galileo, длина кода которого в четыре раза превышает длину С/А-кода GPS. Достоинством и одновременно недостатком решения кросскорреляционной проблемы в сигнале Е1 является снижение коэффициента кросскорреляции между навигационными сигналами на 6 дБ, но эту величину нельзя считать достаточной для навигации в помещениях с использованием большого количества маяков.A known method that reduces mutual cross-correlation interference noise-like signals by increasing the length of the code sequence and at the same time the frequency band occupied by the navigation signal. An example of such a method is the GPS P-code. This method can be considered the most promising for the implementation of new indoor pseudo-satellite navigation systems, however, it is impossible to use this method with existing civilian navigation receivers, since the GPS P-code is not supported in them. Another example of the implementation of this method is the El Galileo signal, the code length of which is four times the length of the C / A GPS code. The advantage and at the same time the disadvantage of solving the cross-correlation problem in the E1 signal is a 6 dB reduction in the cross-correlation coefficient between navigation signals, but this value cannot be considered sufficient for indoor navigation using a large number of beacons.
Известен метод, понижающий взаимные кросскорреляционные помехи шумоподобных сигналов за счет излучения указанных сигналов по принципу TDMA. Данный метод описан в патенте [16]. Более развернутое описание метода и реализующей его системы приведено в патенте [17]. Основной идеей данного метода является попеременное излучение навигационных сигналов, по аналогии с временными слотами TDMA. Как и в других описанных выше системах позиционирования на базе псевдоспутников, система согласно патенту [17] включает в себя мобильный терминал, способный принимать сигнал псевдоспутников и содержащий базу данных с информацией о расположении входящих в систему псевдоспутников. По аналогии с радиолокацией такой режим излучения называют импульсным режимом. Достоинством данного метода и системы является решение кросскорреляционной проблемы на уровне сигнально-кодовой конструкции. Недостатками данного метода и системы являются: необходимость большого количества временных слотов для разделения соответствующего количества сигналов псевдоспутников, энергетические потери для каждого из разделяемых сигналов, пропорциональные их скважности, ухудшение фазового сопровождения по прерывистым сигналам, особенно проявляющееся в движении.A known method that reduces mutual cross-correlation interference noise-like signals due to the emission of these signals according to the principle of TDMA. This method is described in the patent [16]. A more detailed description of the method and the system that implements it is given in the patent [17]. The main idea of this method is alternating emission of navigation signals, similar to TDMA time slots. As in other pseudo-satellite based positioning systems described above, the system according to the patent [17] includes a mobile terminal capable of receiving a pseudo-satellite signal and containing a database with information about the location of the pseudo-satellite constituents in the system. By analogy with radar, such a radiation mode is called a pulsed mode. The advantage of this method and system is the solution of the cross-correlation problem at the level of the signal-code structure. The disadvantages of this method and system are: the need for a large number of time slots to separate the corresponding number of pseudosatellite signals, energy losses for each of the shared signals, proportional to their duty cycle, worsening phase tracking of intermittent signals, especially manifested in motion.
Анализ известных на сегодняшний день методов позиционирования внутри зданий показывает отсутствие среди них высокоточного, надежного и одновременно малозатратного решения, легко интегрируемого в существующие продукты.An analysis of the currently known methods of positioning inside buildings shows the lack of a high-precision, reliable and at the same time low-cost solution that can be easily integrated into existing products.
Метод и реализующая его система, описанные в патенте [17], наиболее близки к предлагаемым и выбраны в качестве прототипа.The method and the system that implements it, described in the patent [17], are closest to the proposed ones and are selected as a prototype.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей настоящего изобретения является предложение способа точного и надежного позиционирования внутри зданий, предусматривающего размещение внутри зданий специальных передающих устройств (маяков) и не требующего серьезных изменений спутниковых навигационных приемников или иных компонентов, содержащихся в мобильных устройствах, таких как, например, смартфон, а также системы для осуществления данного способа. Второй составной частью решаемой задачи является минимизация затрат на развертывание инфраструктуры в крупных помещениях, таких как аэропорт, торговый комплекс или офисный центр, а также исключение помех существующим навигационным приемникам. Важной особенностью решаемой задачи является повышение защищенности от кросскорреляционных помех между шумоподобными сигналами, передаваемыми на одной и той же несущей частоте, и обеспечение совместимости с существующими навигационными приемниками.An object of the present invention is to propose a method for accurately and reliably positioning inside buildings, providing for placement of special transmitting devices (beacons) inside buildings and not requiring major changes in satellite navigation receivers or other components contained in mobile devices, such as, for example, a smartphone, as well as systems to implement this method. The second part of the task is to minimize the cost of deploying infrastructure in large rooms, such as an airport, shopping mall or office center, as well as eliminating interference with existing navigation receivers. An important feature of the problem being solved is to increase the protection against cross-correlation interference between noise-like signals transmitted at the same carrier frequency and to ensure compatibility with existing navigation receivers.
Для решения поставленной задачи в известном способе позиционирования, заключающемся в синхронизированном излучении стационарными передатчиками навигационных шумоподобных сигналов на одной или нескольких несущих частотах, их приеме мобильным терминалом и последующем расчете позиции мобильного терминала, в качестве навигационных шумоподобных сигналов используют М-последовательность, начало которой для разных сигналов, передаваемых на одной и той же несущей частоте, сдвигают по времени на разную величину, отличающуюся на два или более элемента М-последовательности.To solve the problem in the known positioning method, which consists in synchronized emission by stationary transmitters of navigation noise-like signals at one or several carrier frequencies, their reception by a mobile terminal and the subsequent calculation of the position of a mobile terminal, an M-sequence is used as navigation noise-like signals, the beginning of which for different signals transmitted at the same carrier frequency are shifted in time by a different amount, differing by two or more th element of the M-sequence.
Для решения поставленной задачи сигнал передатчиков помимо мобильного терминала принимают в стационарных приемниках с известным местоположением, где из принятого сигнала выделяют информацию о фактическом сдвиге начала М-последовательности, сдвиге частоты и фазы несущей в излучаемом каждым передатчиком сигнале относительно других передатчиков. Затем сообщают выделенную информацию передатчикам. В передатчиках сравнивают требуемую и фактическую информацию о сдвиге начала М-последовательности, сдвиге частоты и фазы несущей относительно других передатчиков. На основе полученной разницы корректируют начало М-последовательности, частоту и фазу несущей в передаваемом сигнале и обеспечивают, таким образом, идентичность требуемых и фактических сдвигов.To solve this problem, the signal of the transmitters, in addition to the mobile terminal, is received in stationary receivers with a known location, where information about the actual shift of the beginning of the M-sequence, frequency and phase shift of the carrier in the signal emitted by each transmitter relative to other transmitters is extracted from the received signal. Then, the selected information is reported to the transmitters. The transmitters compare the required and actual information about the shift of the beginning of the M-sequence, the shift of the frequency and phase of the carrier relative to other transmitters. Based on the difference obtained, the beginning of the M-sequence, the frequency and phase of the carrier in the transmitted signal are corrected, and thus the identity of the required and actual shifts is ensured.
Для решения поставленной задачи перед расчетом позиции мобильного терминала в его память загружают информацию об ожидаемых сдвигах М-последовательностей в сигналах всех передатчиков. На основе указанной информации выбирают подлежащие сопровождению сигналы передатчиков, среди которых присутствуют сигналы, передаваемые на одной и той же несущей частоте, принимают сигналы выбранных передатчиков, вычисляют фактический сдвиг начала М-последовательности, значения частоты и фазы несущей, сравнивают фактический сдвиг с ожидаемым, вычисляют несовпадение фактических и ожидаемых сдвигов. Затем на основании вычисленных ошибок определяют углы излучения сигналов, передаваемых передатчиками, работающих на одной и той же частоте, а также псевдодальности до этих передатчиков.To solve this problem, before calculating the position of the mobile terminal, information about the expected shifts of M-sequences in the signals of all transmitters is loaded into its memory. Based on the indicated information, the signals of the transmitters to be followed are selected, among which there are signals transmitted at the same carrier frequency, the signals of the selected transmitters are received, the actual shift of the beginning of the M-sequence is calculated, the frequency and phase of the carrier are compared, the actual shift is compared with the expected, calculated discrepancy between actual and expected shifts. Then, based on the calculated errors, the angles of radiation of the signals transmitted by the transmitters operating at the same frequency are determined, as well as the pseudorange to these transmitters.
Возможны различные варианты реализации изложенного способа, а также их комбинация. В одном из вариантов данного способа предлагается использовать М-последовательность, идентичную псевдослучайному дальномерному коду сигнала стандартной точности ГЛОНАСС с периодом 1 мс и скоростью передачи символов 511 кбит/с, при этом цифровую информацию, содержащуюся в навигационном сигнале, передают со скоростью 1000/N бит/с, где N - целое число, больше 3. Такой сигнал в дальнейшем называется ГЛОНАСС-подобным.There are various options for implementing the above method, as well as their combination. In one embodiment of this method, it is proposed to use an M-sequence identical to the pseudo-random rangefinding code of a GLONASS standard-accuracy signal with a period of 1 ms and a symbol rate of 511 kbit / s, while the digital information contained in the navigation signal is transmitted at a speed of 1000 / N bits / s, where N is an integer greater than 3. Such a signal is hereinafter referred to as GLONASS-like.
Еще в одном варианте данного способа несущую частоту передатчиков определяют по формуле:In another embodiment of this method, the carrier frequency of the transmitters is determined by the formula:
Fcarrier=F0+KL·dFL+KSubL·dFSubL F carrier = F 0 + K L dF L + K SubL dF SubL
где F0 - базовая несущая частота диапазона L1 системы ГЛОНАСС, равная 1602 МГц, KL - литер частоты, dFL - частотный интервал ГЛОНАСС, равный 562.5 кГц, KsubL - индекс дополнительной поднесущей, принимающий значение 0, ±1, ±2, dFsubL - интервал между дополнительными поднесущими в кГц, равный K/N или K/(N-2), где K - целое число, удовлетворяющее соотношению: N<K<2·N.where F 0 is the base carrier frequency of the L1 band of the GLONASS system, equal to 1602 MHz, K L is the frequency letter, dF L is the GLONASS frequency interval equal to 562.5 kHz, K subL is the index of the additional subcarrier, taking the
В другом варианте данного способа навигационные сигналы передают на свободных литерных частотах спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС, не занятых сигналами спутников.In another embodiment of this method, navigation signals are transmitted at free letter frequencies of the GLONASS satellite navigation system, not occupied by satellite signals.
В следующем варианте данного способа граница бита передаваемой в навигационном сигнале передатчика цифровой информации не совпадает с началом М-последовательности.In the next variant of this method, the bit boundary of the digital information transmitted in the navigation signal of the transmitter does not coincide with the beginning of the M-sequence.
Еще в одном варианте данного способа границы бита в навигационном сигнале, передаваемом несколькими передатчиками, совпадают по времени.In another embodiment of this method, the bit boundaries in the navigation signal transmitted by several transmitters coincide in time.
В другом варианте данного способа каждому передатчику ставят в соответствие зону синхронизации с определенным рангом, при этом начало М-последовательности, фазу несущей и значение несущей частоты передатчиков с более низким рангом синхронизации корректируют в соответствии с началом М-последовательности, фазы несущей и значением несущей частоты передатчиков с более высоким рангом синхронизации.In another embodiment of this method, each transmitter is assigned a synchronization zone with a certain rank, with the beginning of the M-sequence, the phase of the carrier and the carrier frequency of transmitters with a lower synchronization rank adjusted in accordance with the beginning of the M-sequence, phase of the carrier and the value of the carrier frequency transmitters with a higher synchronization rank.
Кроме того, в одном из вариантов данного способа излучаемый передатчиками сигнал содержит дополнительную цифровую информацию, предназначенную для обеспечения взаимной синхронизации передатчиков.In addition, in one embodiment of this method, the signal emitted by the transmitters contains additional digital information designed to provide mutual synchronization of the transmitters.
Еще в одном варианте данного способа сигнал, содержащий дополнительную цифровую информацию, передают на несущей частоте и модулируют псевдослучайным кодом, не совпадающими с несущей частотой и псевдослучайным кодом излучаемого передатчиком ГЛОНАСС-подобного навигационного сигнала, при этом сигнал, содержащий дополнительную цифровую информацию, передают синхронизированным с ГЛОНАСС-подобным навигационным сигналом.In another embodiment of this method, a signal containing additional digital information is transmitted on a carrier frequency and modulated with a pseudo-random code that does not match the carrier frequency and pseudo-random code emitted by the transmitter of a GLONASS-like navigation signal, while a signal containing additional digital information is transmitted synchronized with GLONASS-like navigation signal.
В системе позиционирования мобильного терминала внутри зданий на основе ГЛОНАСС-подобного сигнала, реализующей данный способ, по сравнению с известной системой, содержащей несколько стационарных передатчиков навигационных шумоподобных сигналов с заранее известным местоположением, соединенных с соответствующими антеннами, а также мобильный терминал с неизвестным местоположением, способный принимать спутниковый навигационный сигнал и определять на основании принятого сигнала свое местоположение, внесены следующие изменения и дополнения. Стационарные передатчики шумоподобных сигналов способны излучать сигнал стандартной точности ГЛОНАСС, а мобильный терминал способен принимать сигнал стандартной точности ГЛОНАСС. Система также содержит один или несколько стационарных приемников с известным местоположением, способных принимать указанный сигнал, соединенных с соответствующими антеннами, причем число стационарных приемников меньше числа стационарных передатчиков.In the positioning system of a mobile terminal inside buildings based on a GLONASS-like signal that implements this method, compared with the known system containing several stationary transmitters of navigation noise-like signals with a predetermined location connected to the corresponding antennas, as well as a mobile terminal with an unknown location, capable of receive a satellite navigation signal and determine its location based on the received signal, the following changes are made and lneny. Stationary transmitters of noise-like signals are capable of emitting a GLONASS standard-accuracy signal, and the mobile terminal is capable of receiving a GLONASS standard-accuracy signal. The system also contains one or more stationary receivers with a known location, capable of receiving the specified signal, connected to the respective antennas, and the number of stationary receivers is less than the number of stationary transmitters.
Стационарные передатчики и приемники вместе с соответствующими антеннами объединены в устройства, называемые маяками, при этом в одном маяке содержится один приемник, один или несколько передатчиков, тактовый генератор и коммуникационный модуль. При этом выход коммуникационного модуля соединен с первым входом приемника и первым входом всех передатчиков, расположенных в маяке, выход приемника соединен со вторым входом всех расположенных в маяке передатчиков, выход тактового генератора соединен с третьим входом всех передатчиков, расположенных в маяке, и со вторым входом приемника.Stationary transmitters and receivers, together with corresponding antennas, are combined into devices called beacons, while one beacon contains one receiver, one or more transmitters, a clock generator and a communication module. The output of the communication module is connected to the first input of the receiver and the first input of all the transmitters located in the beacon, the output of the receiver is connected to the second input of all transmitters located in the beacon, the output of the clock generator is connected to the third input of all transmitters located in the beacon, and to the second input receiver.
Каждый содержащийся в системе маяк является автономным устройством, все перечисленные компоненты которого (передатчики, приемник, коммуникационный модуль и тактовый генератор) размещаются внутри радиопрозрачного корпуса маяка, выступающего в роли единой несущей конструкции для всех компонентов маяка, при этом антенны передатчиков и приемника размещаются на определенном расстоянии друг относительно друга.Each lighthouse contained in the system is an autonomous device, all of the listed components of which (transmitters, receiver, communication module and clock) are located inside the radio-transparent case of the lighthouse, which acts as a single supporting structure for all components of the lighthouse, while the antennas of the transmitters and receiver are placed on a certain distance relative to each other.
Кроме того, в одном варианте данная система включает сервер с доступной для мобильного терминала базой данных, содержащей координаты маяков, устанавливаемые сдвиги начала М-последовательности, фазы несущей и значения несущей частоты сигналов передатчиков, а также зоны синхронизации и схему взаимодействия между ведущими и ведомыми передатчиками.In addition, in one embodiment, this system includes a server with a database accessible to the mobile terminal containing the coordinates of the beacons, the set shifts of the beginning of the M-sequence, the phase of the carrier and the carrier frequency of the transmitter signals, as well as the synchronization zone and the interaction scheme between the master and slave transmitters .
В другом варианте системы соединение приемника и передатчиков маяка осуществляется через специальный преобразователь интерфейса, имеющий один вход и один или несколько выходов по числу содержащихся в маяке передатчиков. Преобразователь интерфейса также может содержать преобразователь данных, предназначенный для выделения из информации с выхода приемника порций данных, предназначенных отдельному передатчику, модифицирующий данную порцию данных и передающий ее в соответствующий выход преобразователя интерфейса.In another version of the system, the connection of the receiver and the beacon transmitters is carried out through a special interface converter having one input and one or more outputs according to the number of transmitters contained in the beacon. The interface converter may also contain a data converter designed to extract from the output of the receiver pieces of data intended for a separate transmitter, modifying this piece of data and transmitting it to the corresponding output of the interface converter.
В одном варианте реализации данной системы антенны стационарного приемника и каждого стационарного передатчика, содержащегося в одном маяке, располагаются относительно друг друга на расстоянии не менее четверти длины волны, при этом в базу данных в качестве местоположения стационарных передатчиков и стационарного приемника заносятся координаты антенн стационарных передатчиков и стационарного приемника.In one embodiment of this system, the antennas of the stationary receiver and each stationary transmitter contained in one beacon are located relative to each other at a distance of at least a quarter of the wavelength, while the coordinates of the antennas of the stationary transmitters and the stationary receiver are entered into the database stationary receiver.
В следующем варианте реализации данной системы компоненты стационарных передатчиков и стационарного приемника за исключением антенн располагаются произвольным образом. В том числе указанные компоненты могут объединяться в одну микросхему.In the next embodiment of this system, the components of the stationary transmitters and the stationary receiver, with the exception of the antennas, are arranged arbitrarily. Including these components can be combined into a single chip.
Еще в одном варианте реализации данной системы стационарные приемники реализуются в усеченном виде, и способны только сопровождать сигнал стандартной точности ГЛОНАСС в диапазоне L1. При этом стационарные приемники и стационарные передатчики не способны работать на некоторых несущих частотах, отведенных под сигнал спутников ГЛОНАСС.In another embodiment of the implementation of this system, stationary receivers are implemented in a truncated form, and are only able to accompany a GLONASS standard accuracy signal in the L1 range. At the same time, stationary receivers and stationary transmitters are not able to work at some carrier frequencies allocated to the signal of GLONASS satellites.
Еще в одном варианте реализации данной системы стационарные передатчики шумоподобных сигналов способны излучать сигнал стандартной точности ГЛОНАСС в диапазоне L1, соответствующем частотному диапазону 1595…1609 МГц, а мобильный терминал способен принимать сигнал стандартной точности ГЛОНАСС в диапазоне L1, соответствующем частотному диапазону 1595…1609 МГц.In another embodiment of this system, stationary noise-like signal transmitters are capable of emitting a GLONASS standard-accuracy signal in the L1 band corresponding to the frequency range 1595 ... 1609 MHz, and the mobile terminal is capable of receiving the GLONASS standard-accuracy signal in the L1 band corresponding to the frequency band 1595 ... 1609 MHz.
Для решения поставленной задачи по сравнению с известной системой позиционирования изменен принцип временной синхронизации сигналов: вместо системы с перемежением сигналов на основе TDMA в качестве навигационных шумоподобных сигналов используется непрерывный или квазинепрерывный шумоподобный сигнал на основе М-последовательности, начало которой для разных сигналов, передаваемых на одной и той же несущей частоте, сдвинуто по задержке на разную величину. В частности может применяться М-последовательность, используемая в сигнале стандартной точности ГЛОНАСС. Установление конкретного сдвига М-последовательности в передатчике маяка осуществляется путем ввода указанного сдвига через вход маяка в коммуникационный модуль, откуда величина сдвига поступает на первый вход передатчиков маяка. На первый вход содержащихся в маяке передатчиков и приемника также поступает информация о требуемом сдвиге значения несущей частоты передатчиков маяка. Эта информация также передается в маяк через вход коммуникационного модуля. Работа стационарного приемника и передатчиков каждого маяка синхронизируется единым тактовым генератором маяка.To solve this problem, the principle of time synchronization of signals has been changed in comparison with the known positioning system: instead of a system with interleaving signals based on TDMA, a continuous or quasi-continuous noise-like signal based on the M-sequence is used as navigation noise-based signal, the beginning of which is for different signals transmitted on one and the same carrier frequency, delayed by a different amount. In particular, the M-sequence used in the GLONASS standard accuracy signal can be used. The specific shift of the M-sequence in the beacon transmitter is established by entering the indicated shift through the beacon input into the communication module, from where the shift amount is transmitted to the first input of the beacon transmitters. The first input of the transmitter and receiver contained in the beacon also receives information about the required shift in the carrier frequency of the beacon transmitters. This information is also transmitted to the beacon through the input of the communication module. The operation of the stationary receiver and transmitters of each beacon is synchronized by a single beacon clock.
В дальнейшем изложении рассматриваются передатчики, сигнал которых основан на М-последовательности ГЛОНАСС. Передатчики ГЛОНАСС-подобного сигнала для краткости именуются IGLONS-передатчиками, излучаемый ими сигнал - IGLONS-сигналом, а собираемые на основе нескольких IGLONS-передатчиков и стационарного IGLONS-приемника модули - IGLONS-маяками. Аббревиатура IGLONS означает Indoor Geo LOcation Navigation System.In the further discussion, transmitters are considered whose signal is based on the GLONASS M-sequence. For brevity, GLONASS-like signal transmitters are called IGLONS transmitters, the signal emitted by them is called an IGLONS signal, and modules assembled on the basis of several IGLONS transmitters and a stationary IGLONS receiver are called IGLONS beacons. The abbreviation IGLONS stands for Indoor Geo LOcation Navigation System.
Далее будет рассмотрено, каким образом за счет указанных выше отличительных признаков достигается улучшение навигационных характеристик.Next, we will consider how, due to the above distinguishing features, an improvement in navigational characteristics is achieved.
Особенностью предлагаемого решения является использование специальных IGLONS-маяков, излучающих сигнал с принципом модуляции, идентичным принципу модуляции сигнала стандартной точности ГЛОНАСС в частотном диапазоне L1. Позиционироваться может произвольное количество пользовательских навигационных приемников (в частном случае - один навигационный приемник, называемый далее мобильным терминалом), способных принимать гражданский навигационный сигнал стандартной точности ГЛОНАСС L1 и адаптированных для работы с сигналами маяков. Для навигационных приемников, неадаптированных к работе с IGLONS-маяками, IGLONS-сигнал является прозрачным. Это значит, что IGLONS-сигнал не приводит к нахождению традиционными приемниками ГЛОНАСС ложных навигационных спутников, предотвращает длительное сопровождение ложных спутников, исключает их использование в навигационном решении.A feature of the proposed solution is the use of special IGLONS beacons emitting a signal with a modulation principle identical to the modulation principle of a GLONASS standard accuracy signal in the L1 frequency range. An arbitrary number of user navigation receivers can be positioned (in a particular case, one navigation receiver, hereinafter referred to as a mobile terminal) capable of receiving a civil navigation signal of standard accuracy GLONASS L1 and adapted to work with beacon signals. For navigation receivers not adapted to work with IGLONS beacons, the IGLONS signal is transparent. This means that the IGLONS signal does not lead to the finding of false navigation satellites by traditional GLONASS receivers, prevents long-term tracking of false satellites, and excludes their use in the navigation solution.
Позиционирование по предлагаемому IGLONS-сигналу может осуществляться в различных режимах. В основном режиме предполагается наличие нескольких маяков, в каждом из которых установлено несколько передатчиков. Также возможен режим позиционирования по одному маяку с несколькими передатчиками. В случае позиционирования по двум и более маякам передатчики являются синхронизированными.Positioning by the proposed IGLONS signal can be carried out in various modes. In the main mode, several beacons are assumed, in each of which several transmitters are installed. A single beacon positioning system with multiple transmitters is also possible. In case of positioning on two or more beacons, the transmitters are synchronized.
Согласно предлагаемому решению IGLONS-передатчики излучают два типа сигнала: один, именуемый далее S1, - максимально совместим с существующими приемниками ГЛОНАСС, другой, опциональный, именуемый далее S2, - несовместим со стандартом ГЛОНАСС. Сигнал S2 предусмотрен для дополнительного обмена данными между маяками. Каждый активный передатчик передает одновременно оба сигнала, при этом сигналы разных передатчиков синхронизированы. Синхронизированы между собой и сигналы S1 и S2.According to the proposed solution, IGLONS transmitters emit two types of signal: one, hereinafter referred to as S1, is most compatible with existing GLONASS receivers, the other, optional, hereinafter referred to as S2, is incompatible with the GLONASS standard. Signal S2 is provided for additional data exchange between beacons. Each active transmitter transmits both signals simultaneously, while the signals of different transmitters are synchronized. The signals S1 and S2 are synchronized with each other.
Помимо сигналов S1 и S2 передатчиками может излучаться шумовой сигнал S3 на ближайших к частоте S1 несущих частотах ГЛОНАСС из диапазона литер (-7..6). Сигнал S3 предназначен для гарантированного предотвращения принятия IGLONS-сигнала за спутник ГЛОНАСС существующими навигационными приемниками, не приспособленными к приему сигнала S1.In addition to signals S1 and S2, transmitters can emit a noise signal S3 at the GLONASS carrier frequencies closest to the frequency S1 from the letter range (-7..6). The S3 signal is designed to guarantee the prevention of the acceptance of the IGLONS signal for the GLONASS satellite by existing navigation receivers that are not adapted to receive the S1 signal.
Согласно предлагаемому решению пользовательские приемники определяют свое местоположение на основе сигнала S1. Навигационные измерения осуществляются в дальномерном режиме, в режиме фазового сопровождения, а также путем определения угла излучения сигнала позиционирующими маяками.According to the proposed solution, user receivers determine their location based on signal S1. Navigation measurements are carried out in the rangefinder mode, in the phase tracking mode, and also by determining the angle of the signal radiation by positioning beacons.
Предлагаемое решение обладает улучшенными навигационными характеристиками за счет следующих нововведений: используется частотное и кодово-позиционное разделение сигналов, одновременно поддерживается позиционирование дальномерным методом и методом на основе определения углов излучения (УИ), определение угла излучения может быть усовершенствовано с помощью переключаемых массивов антенн передатчиков. Предлагаемый способ и система обеспечивают максимальную совместимость навигационного сигнала S1 с сигналами традиционных спутников ГЛОНАСС, не оказывая в то же время заметного воздействия на неадаптированные к приему IGLONS- сигнала пользовательские приемники.The proposed solution has improved navigation characteristics due to the following innovations: frequency and code-position separation of signals is used, positioning by the rangefinder method and the method based on the determination of radiation angles (ID) are simultaneously supported, the determination of the radiation angle can be improved using switchable arrays of transmitter antennas. The proposed method and system ensures maximum compatibility of the navigation signal S1 with the signals of traditional GLONASS satellites, without at the same time exerting a noticeable effect on user receivers not adapted for receiving the IGLONS signal.
Предлагаемое в рамках изобретения новое кодово-позиционное разделение каналов уменьшает пиковую кросскоррелированность сигналов S1 передатчиков до уровня - 54 дБ, что на 30 дБ ниже пиковой кросскоррелированности сигналов С/А кода GPS, причем сигнал S1 каждого из передатчиков может быть демодулирован с помощью традиционного коррелятора кода стандартной точности ГЛОНАСС. При этом на одной несущей частоте может излучаться около ста ортогональных сигналов. Предлагаемое новое кодово-позиционное разделение каналов позволяет использовать сигнал S1, принцип модуляции которого подобен принципу модуляции сигнала стандартной точности ГЛОНАСС, для определения угла излучения сигналов S1 передатчиками позиционирующего маяка, причем угол излучения определяется на основе разности фаз несущих этих сигналов.The new code-based channel separation proposed in the framework of the invention reduces the peak cross-correlation of S1 transmitter signals to a level of 54 dB, which is 30 dB lower than the peak cross-correlation of C / A GPS code signals, and the S1 signal of each transmitter can be demodulated using a traditional code correlator GLONASS standard accuracy. At the same time, about one hundred orthogonal signals can be emitted at one carrier frequency. The proposed new code-based channel separation allows the use of signal S1, the modulation principle of which is similar to the modulation principle of the GLONASS standard-accuracy signal, to determine the angle of emission of signals S1 by transmitters of a positioning beacon, the radiation angle being determined based on the phase difference of the carriers of these signals.
Использование такого параметра, как УИ сигналов S1, позволяет разрешить фазовую неоднозначность и производить высокоточные угловые измерения, используя минимальное количество каналов приемника.The use of such a parameter as the S1 signal ID allows one to resolve phase ambiguity and perform high-precision angular measurements using the minimum number of receiver channels.
Для предотвращения кросскорреляционных воздействий сигнала S1 на неадаптированные навигационные приемники ГЛОНАСС в структуру сигнала S1 могут быть введены специальные модификации: несущие сигнала S1 вынесены за пределы спутникового диапазона ГЛОНАСС L1, занимающего частотные литеры от минус 7 до плюс 6, изменена структура информационного бита, спектр сигнала ограничен формирующим фильтром.To prevent cross-correlation effects of the S1 signal on non-adapted GLONASS navigation receivers, special modifications can be introduced into the S1 signal structure: the S1 signal carriers are outside the GLONASS L1 satellite range, which occupies frequency characters from minus 7 to
В основе навигационного сигнала передатчиков IGLONS-сигнала S1 лежит М-последовательность из 511 элементов (чипов), идентичная сигналу стандартной точности спутников ГЛОНАСС. Разделение каналов (сигналов разных передатчиков) реализуется при помощи разнесения несущих частот и/или моментов начала эпохи каждого передатчика. Благодаря уникальным автокорреляционным свойствам М-последовательности, на основе которой формируется код стандартной точности ГЛОНАСС, а также благодаря эффективному относительному смещению несущих частот, минимизирующему наложение друг на друга линейчатых спектров IGLONS-сигналов для разных несущих с учетом предполагаемого когерентного накопления в приемнике, достигаемая в рамках системы взаимная кросскоррелированность IGLONS-сигналов составляет при типичном использовании системы не более минус 54 дБ. При этом количество сигналов с взаимной кросскоррелированностью, не превышающей минус 54 дБ, составляет несколько сотен. Существование столь большого количества почти ортогональных сигналов позволяет реализовать на их основе высококачественную навигацию с использованием большого количества маяков, обеспечить навигационное покрытие в крупных помещениях, в значительной степени решить проблему "near/far" и таким образом упростить конфигурацию системы.The navigation signal of the transmitters of IGLONS signal S1 is based on the M-sequence of 511 elements (chips), identical to the standard accuracy signal of GLONASS satellites. Separation of channels (signals of different transmitters) is realized by spacing carrier frequencies and / or moments of the beginning of the era of each transmitter. Due to the unique autocorrelation properties of the M-sequence, on the basis of which the GLONASS standard accuracy code is generated, and also due to the effective relative carrier frequency offset, minimizing the overlapping of the linear spectra of IGLONS signals for different carriers, taking into account the expected coherent accumulation in the receiver, achieved within the cross-correlation of IGLONS signals in a typical system is not more than minus 54 dB with a typical use of the system. In this case, the number of signals with mutual cross-correlation not exceeding minus 54 dB is several hundred. The existence of such a large number of almost orthogonal signals makes it possible to realize high-quality navigation using a large number of beacons, provide navigation coverage in large rooms, and to a large extent solve the near / far problem and thus simplify the system configuration.
Автокорреляционная функция (АКФ) псевдослучайного кода стандартной точности ГЛОНАСС приведена на фиг.1. В отличие от автокорреляционной функции кодов Голда, лежащих в основе С/А-кода GPS, автокорреляционная функция М-последовательности, используемой при формировании сигнала стандартной точности ГЛОНАСС, содержит единственный максимум, соответствующий нулевому временному сдвигу автокорреляции. При временном сдвиге более чем на один чип (фиг.2) автокорреляционная функция постоянна и равна 1/511 или - 54 дБ относительно максимума АКФ. Сказанное означает, что стандартный дискриминатор по задержке с разнесением корреляторов Early и Late на полчипа относительно позиции Prompt практически не чувствителен к другому сигналу, представляющему собой ту же М-последовательность, передаваемую на той же несущей частоте, но сдвинутую во времени вперед или назад на полтора и более чипа.The autocorrelation function (ACF) of the GLONASS standard accuracy pseudo-random code is shown in FIG. In contrast to the autocorrelation function of the Gold codes underlying the GPS C / A code, the autocorrelation function of the M-sequence used to generate the GLONASS standard accuracy signal contains a single maximum corresponding to the zero time shift of the autocorrelation. With a time shift of more than one chip (figure 2), the autocorrelation function is constant and equal to 1/511 or - 54 dB relative to the maximum ACF. The aforesaid means that the standard discriminator for delay with the spacing of the Early and Late correlators by half a chip relative to the Prompt position is practically insensitive to another signal, which is the same M-sequence transmitted at the same carrier frequency, but shifted forward and backward by 1.5 and more chip.
На фиг.2 представлен фрагмент автокорреляционной функции М-последовательности сигнала стандартной точности ГЛОНАСС в районе главного лепестка (он же - единственный максимум автокорреляционной функции). Если спектр сигнала ГЛОНАСС не ограничен, ширина автокорреляционного пика равна удвоенной длительности чипа, при этом корреляционный пик имеет правильную треугольную форму. Неограниченный спектр спутникового сигнала ГЛОНАСС имеет боковые спектральные лепестки, приводящие к серьезному значению коэффициента кросскорреляции сигналов, передаваемых на соседних частотах. Максимальная кросскоррелированность между сигналами, передаваемыми на соседних частотах, равна -26.6 дБ, а при разнесении несущих частот на два межлитерных интервала -34.1 дБ. Для снижения коррелированности сигнала, передаваемого на соседних частотах, в IGLONS-передатчиках может быть использован формирующий фильтр. Пример импульсной характеристики такого фильтра представлен на фиг.3. Присутствие формирующего фильтра в передатчике и (опционально) аналогичного (согласованного) фильтра в приемнике увеличивает ширину автокорреляционного пика (область влияния мешающих боковых лепестков АКФ) на удвоенную длину фильтра. Таким образом, дискриминатор контура сопровождения сигнала по дальности с получиповым разнесением корреляторов становится чувствительным к сигналу другого IGLONS-передатчика при временном сдвиге на полтора чипа плюс длину формирующего фильтра, то есть на 1.5+TFIR, где TFIR - длина импульсной характеристики фильтра, выраженная в чипах. В рамках предлагаемой системы длина формирующего фильтра передатчика равна четырем чипам (TFIR=4). Таким образом, временное разнесение начала М-последовательности между сигналами IGLONS-передатчиков должно быть не меньше 5.5 чипов.Figure 2 presents a fragment of the autocorrelation function of the M-sequence of the GLONASS standard-accuracy signal in the region of the main lobe (it is the only maximum of the autocorrelation function). If the spectrum of the GLONASS signal is not limited, the width of the autocorrelation peak is equal to twice the duration of the chip, while the correlation peak has a regular triangular shape. The unlimited spectrum of the GLONASS satellite signal has side spectral lobes, which leads to a serious value of the cross-correlation coefficient of signals transmitted at adjacent frequencies. The maximum cross-correlation between signals transmitted at neighboring frequencies is -26.6 dB, and when the carrier frequencies are spaced into two interliter intervals -34.1 dB. To reduce the correlation of the signal transmitted at adjacent frequencies, a shaping filter can be used in IGLONS transmitters. An example of the impulse response of such a filter is shown in FIG. 3. The presence of a shaping filter in the transmitter and an (optionally) similar (matched) filter in the receiver increases the width of the autocorrelation peak (the area of influence of the interfering side lobes of the ACF) by twice the length of the filter. Thus, the discriminator of the range tracking signal with half-type spacing of the correlators becomes sensitive to the signal of another IGLONS transmitter with a time shift of one and a half chips plus the length of the shaping filter, i.e., 1.5 + T FIR , where T FIR is the length of the pulse characteristic of the filter, expressed in chips. In the framework of the proposed system, the length of the transmitter forming filter is equal to four chips (T FIR = 4). Thus, the time diversity of the beginning of the M-sequence between the signals of the IGLONS transmitters should be at least 5.5 chips.
Дополнительным фактором, влияющим на минимально допустимое временное разнесение начальных фаз М-последовательностей (стартовых позиций эпох) в IGLONS-сигналах является физическая удаленность друг от друга передатчиков, пересчитанная во время прохождения сигнала от одного передатчика до другого - TTx1,Tx2. В спутниковой навигации TTx1,Tx2 в зависимости от взаимного расположения спутников может достигать нескольких десятков миллисекунд. В том же диапазоне колеблется и разница между временем прохождения сигнала с разных спутников до антенны пользовательского приемника. Указанные факторы приводят к принципиальной невозможности кодово-позиционного разделения сигналов спутников. В предлагаемой системе локального позиционирования предполагается создание локального навигационного поля, измеряемого сотнями метров или единицами километров. При этом взаимное расположение передатчиков, а, следовательно, и время распространения сигнала между ними фиксировано. Поэтому разность хода сигнала передатчиков до приемника предсказуема. Очевидно, что разность хода будет всегда меньше TTx1,Tx2. В худшем случае TTx1,Tx2 такой системы будет равно отношению протяженности навигационного поля в его наибольшем геометрическом размере к расстоянию, на которое распространяется радиосигнал за время одного чипа:An additional factor affecting the minimum permissible time diversity of the initial phases of M-sequences (starting positions of epochs) in IGLONS signals is the physical distance from each other of the transmitters, recounted during the passage of the signal from one transmitter to another - T Tx1, Tx2 . In satellite navigation, T Tx1 , Tx2 , depending on the relative position of the satellites, can reach several tens of milliseconds. The difference between the time it takes for the signal from different satellites to the antenna of the user receiver also fluctuates in the same range. These factors lead to the fundamental impossibility of code-position separation of satellite signals. In the proposed system of local positioning, it is planned to create a local navigation field, measured in hundreds of meters or units of kilometers. In this case, the relative position of the transmitters, and, consequently, the propagation time of the signal between them is fixed. Therefore, the difference in the signal path of the transmitters to the receiver is predictable. Obviously, the stroke difference will always be less than T Tx1, Tx2 . In the worst case, T Tx1, Tx2 of such a system will be equal to the ratio of the length of the navigation field in its greatest geometric size to the distance over which the radio signal propagates during one chip:
TTx1,Tx2max=Smax / 600, [чип]T Tx1, Tx2max = S max / 600, [chip]
где Smax - наиболее протяженное измерение навигационного поля [м].where S max - the longest measurement of the navigation field [m].
Итоговая формула для вычисления относительного смещения начала эпох соседних передатчиков имеет вид:The final formula for calculating the relative displacement of the beginning of the epochs of neighboring transmitters is:
где ceil - функция округления до ближайшего превосходящего целого числа,where ceil is the function of rounding to the nearest superior integer,
СT - дополнительная резервная область дискриминатора, меньшая, чем один чип,C T - additional reserve area of the discriminator, smaller than one chip,
i - номер передатчика.i is the transmitter number.
При обеспечении навигационного покрытия в относительно небольших помещениях Ti,i-1 невелико. Соответственно
Информационные биты, передаваемые в сигнале S1, образуются из N копий в М-последовательности, каждая из которых, будучи преобразованная в двухпозиционный фазоманипулированный сигнал, умножается на +1 или -1 в соответствии со значением передаваемого информационного бита и дополнительно умножается на +1 или -1 в соответствии с бинарным шаблоном из N элементов, обеспечивающим дополнительное кодирование. Время передачи одного информационного бита, таким образом, равно N миллисекунд, а скорость передачи информационных данных равна 1000/N бит/с. Длительность информационного бита в чипах равна N-511. Передаваемое в каждый момент времени значение чипа может быть вычислено по формуле:Information bits transmitted in signal S1 are formed from N copies in the M-sequence, each of which, being converted into a two-position phase-manipulated signal, is multiplied by +1 or -1 in accordance with the value of the transmitted information bit and is additionally multiplied by +1 or - 1 in accordance with a binary pattern of N elements providing additional coding. The transmission time of one information bit is thus N milliseconds, and the data rate is 1000 / N bits / s. The duration of the information bit in the chips is N-511. The value of the chip transmitted at each moment of time can be calculated by the formula:
где PRN - псевдослучайный код в виде М-последовательности из 511 элементов в соответствии со спецификацией ГЛОНАСС,where PRN is a pseudo-random code in the form of an M-sequence of 511 elements in accordance with the GLONASS specification,
BitPattern - специальная последовательность из N элементов,BitPattern - a special sequence of N elements,
Info - информационный бит с учетом возможного дополнительного кодирования,Info - information bit, taking into account possible additional coding,
t - время относительно начала передачи текущего информационного бита, выраженное в чипах,t is the time relative to the start of transmission of the current information bit, expressed in chips,
mod - операция целочисленного деления, возвращающая остаток от деления,mod - integer division operation that returns the remainder of division
div - операция целочисленного деления, возвращающая целую часть результата.div is an integer division operation that returns the integer part of the result.
Для удобства вычисления все компоненты вышеприведенной формулы представлены значениями +1 или -1 в соответствии с двухпозиционной фазовой модуляцией. Аналогичная операция может быть выполнена над бинарными данными 0 и 1 путем замены умножения логическими элементами «исключающее ИЛИ» (XOR).For ease of calculation, all components of the above formula are represented by values of +1 or -1 in accordance with the on-off phase modulation. A similar operation can be performed on the
Для обеспечения максимальной совместимости с аппаратной частью существующих навигационных приемников ГЛОНАСС битовый шаблон BitPattern может быть определен, как повторенная N раз единица или как объединение двух знакопостоянных последовательностей:To ensure maximum compatibility with the hardware of existing GLONASS navigation receivers, the BitPattern bit pattern can be defined as a unit repeated N times or as a combination of two alternating sequences:
илиor
Наличие длительных знакопостоянных последовательностей в битовом шаблоне, дополнительно преобразующем исходный псевдослучайный код, позволяет применять к сигналу S1 операцию циклической свертки. Применимость операции циклической свертки означает, что передача двух сигналов, образованных одним псевдослучайным кодом (в частности, М-последовательностью), отличающихся друг от друга только моментами начала псевдослучайного кода, эквивалентна передаче двух сигналов, образованных разными псевдослучайными кодами, при условии, что второй псевдослучайный код представляет собой циклически сдвинутый первый псевдослучайный код. Разница в передаче двух означенных сигналов проявляется только в момент нарушения правила цикличности, то есть в момент изменения знака передаваемой М-последовательности. В первом случае смена знака М-последовательности происходит в каждом сигнале с соответствующей относительной задержкой. Во втором случае смена знака в обоих сигналах происходит одновременно. Построение системы по второму принципу энергетически более выгодно и удобно при демодуляции сигнала в приемнике, однако может быть нереализуемо в силу имеющихся в навигационном приемнике конструктивных ограничений. Реализация системы по первому принципу ведет к невозможности обработки приемником эпох, приходящихся на границу знакопостоянных участков битового шаблона BitPattern. Для снижения энергетических потерь при реализации системы по первому принципу величину N следует делать по возможности большей. В рамках предлагаемого решения величина N>4. Следует также отметить, что сокращение знакопостоянных участков в шаблоне BitPattern, а также его дополнительная рандомизация (применение нескольких шаблонов с разной последовательностью плюс/минус единиц) дополнительно снижает коэффициент кросскорреляции сигнала S1 и спутникового сигнала ГЛОНАСС при их когерентном накоплении приемником. В рамках предлагаемого изобретения предусматривается использование разных битовых шаблонов BitPattern. Примеры битовых шаблонов были приведены выше в формулах (3) и (4). Возможны и другие разновидности битовых шаблонов. Принципы, в соответствии с которыми выбирается тот или иной шаблон BitPattern, а также одновременность или задержанность приложения шаблона BitPattern к разным сигналам выходят за рамки данного изобретения.The presence of long alternating sequences in the bit pattern, which additionally converts the original pseudo-random code, allows applying the cyclic convolution operation to the signal S1. The applicability of the cyclic convolution operation means that the transmission of two signals formed by one pseudo-random code (in particular, the M-sequence), differing from each other only by the moments of the beginning of the pseudo-random code, is equivalent to the transmission of two signals formed by different pseudo-random codes, provided that the second pseudorandom code the code is a cyclically shifted first pseudo-random code. The difference in the transmission of the two indicated signals appears only at the moment of violation of the cyclic rule, that is, at the moment of changing the sign of the transmitted M-sequence. In the first case, the change of sign of the M-sequence occurs in each signal with a corresponding relative delay. In the second case, the change of sign in both signals occurs simultaneously. The construction of the system according to the second principle is energetically more profitable and convenient for demodulating the signal in the receiver, however, it may not be feasible due to the design limitations of the navigation receiver. The implementation of the system according to the first principle leads to the impossibility of the receiver processing the epochs falling at the boundary of the sign-constant sections of the BitPattern bit pattern. To reduce energy losses during the implementation of the system according to the first principle, the value of N should be made as large as possible. In the framework of the proposed solution, the value of N> 4. It should also be noted that the reduction of permanent sections in the BitPattern template, as well as its additional randomization (the use of several templates with different sequences of plus / minus units) additionally reduces the cross-correlation coefficient of the S1 signal and the GLONASS satellite signal when they are coherently accumulated by the receiver. In the framework of the present invention provides for the use of different bit patterns BitPattern. Examples of bit patterns were given above in formulas (3) and (4). Other varieties of bit patterns are possible. The principles according to which one or another BitPattern template is selected, as well as the simultaneous or delayed application of the BitPattern template to different signals are beyond the scope of this invention.
Для уменьшения кросскорреляционных помех в предлагаемом изобретении помимо кодово-позиционного разделения сигналов S1 предусмотрено частотное разделение. Предлагается использование как минимум двух частот, не входящих в спутниковый диапазон (литеры -7..+6). Такими частотами могут быть, например, частоты с литерами +8 и +9 или -9 и -10. Помимо разнесения несущих сигнала S1 на целое число межлитерных интервалов, определенных стандартом ГЛОНАСС как 562.5 кГц, предлагаемым изобретением предусмотрена дополнительная отстройка несущих частот сигнала S1 на KSubL·K/N кГц или KSubL·K/(N-2) кГц, где N - длина шаблона BitPattern, а К - целое число, причем N<К<2·N, KSubL=0, ±1 или ±2 Несущая частота каждого IGLONS-передатчика может быть определена следующей формулой:To reduce cross-correlation interference in the present invention, in addition to code-position separation of signals S1, frequency separation is provided. It is proposed to use at least two frequencies that are not in the satellite range (letters -7 .. + 6). Such frequencies can be, for example, frequencies with the letters +8 and +9 or -9 and -10. In addition to spacing the S1 signal carriers by an integer number of interliter intervals defined by the GLONASS standard as 562.5 kHz, the invention provides for additional tuning of the S1 signal carrier frequencies to K SubL · K / N kHz or K SubL · K / (N-2) kHz, where N is the length of the BitPattern template, and K is an integer, with N <K <2 · N, K SubL = 0, ± 1 or ± 2 The carrier frequency of each IGLONS transmitter can be determined by the following formula:
где F0 - центральная частота диапазона L1 ГЛОНАСС.F0=1602000 кГц,where F 0 is the center frequency of the L1 GLONASS range. F 0 = 1602000 kHz,
KL - литер частоты,K L - frequency letter,
dFL - межлитерный интервал ГЛОНАСС, равный 562,5 кГц,dF L - interliter GLONASS interval equal to 562.5 kHz,
KSubL - индекс дополнительной поднесущей,K SubL is the index of the additional subcarrier,
dFSubL - интервал между дополнительными поднесущими, равный K/N в кГц.dF SubL is the interval between additional subcarriers equal to K / N in kHz.
Предлагаемое разделение каналов по частоте позволяет эффективно ортогонализировать сигналы S1 при когерентном накоплении длиной кратной N или N-2. Комбинирование различных KL и KSubL дает 10 возможных значений несущей частоты сигнала S1. С учетом указанных выше 84-х вариантов сдвига М-последовательности совокупная емкость системы составляет 840 каналов с уникально низкой степенью кросскоррелированности.The proposed frequency separation of the channels makes it possible to efficiently orthogonalize S1 signals with coherent accumulation of a multiple of N or N-2. The combination of different K L and K SubL gives 10 possible values of the carrier frequency of the signal S1. Given the 84 variants of the M-sequence shift indicated above, the total system capacity is 840 channels with a uniquely low degree of cross-correlation.
Для выполнения описанного выше кодово-позиционного и частотного разделения сигналов в настоящем изобретении предусмотрена процедура синхронизации передатчиков. Синхронизация происходит иерархически: передатчики, относящиеся к зоне синхронизации с большим номером, синхронизируются передатчиками, относящимися к зоне синхронизации с меньшим номером. Для синхронизации по другим передатчикам и (опционально) для калибровки собственных передатчиков в каждом IGLONS-маяке присутствует приемник, способный сопровождать опорный сигнал, являющийся для данного маяка синхронизирующим. Передатчики, относящиеся к смежным зонам синхронизации, работают на разных литерах (параметр KL таких передатчиков не совпадает). В то же время, несущие частоты, на которых работают передатчики в пределах одного маяка, всегда идентичны. Благодаря синхронизации обеспечивается прецизионное соблюдение разности несущих Fcarrier между синхронизирующим и синхронизируемыми передатчиками, а также временное разнесение начал М-последовательности TStartMLS, а для передатчиков, установленных в одном маяке, - согласование фаз излучаемых сигналов.To perform the above code-position and frequency separation of signals, the present invention provides a transmitter synchronization procedure. Synchronization occurs hierarchically: transmitters belonging to the synchronization zone with a higher number are synchronized by transmitters belonging to the synchronization zone with a lower number. To synchronize with other transmitters and (optionally) to calibrate own transmitters, each IGLONS beacon has a receiver capable of accompanying the reference signal, which is synchronizing for this beacon. The transmitters related to adjacent synchronization zones operate on different letters (the K L parameter of such transmitters does not match). At the same time, the carrier frequencies at which the transmitters operate within the same beacon are always identical. Thanks to synchronization, a precise observance of the carrier difference F carrier between synchronizing and synchronized transmitters is ensured, as well as time diversity of the M-sequence T StartMLS beginnings , and for transmitters installed in one beacon, phase matching of emitted signals is achieved .
Следует отметить, что при временной синхронизации TStartMLS могут не учитываться время распространения сигнала между синхронизирующим и синхронизируемым маяком, фазовые искажения, связанные с разделением сигналов по частоте, а также искажения, связанные с многолучевым распространением сигнала синхронизирующего передатчика.It should be noted that during time synchronization T StartMLS , the signal propagation time between the synchronizing and synchronized beacon, phase distortions associated with the separation of signals by frequency, as well as distortions associated with the multipath propagation of the signal of the synchronizing transmitter, may not be taken into account.
В рамках предлагаемого изобретения допускается менее точная синхронизация временной информации, передаваемой IGLONS-передатчиками для последующих дальномерных измерений в навигационном приемнике, нежели требуется в традиционных системах на основе псевдоспутников. Менее жесткие требования к временной синхронизации связаны с одновременной реализацией в предлагаемом способе двух методов позиционирования: позиционирования на основе дальномерного метода и метода позиционирования на основе измерений углов излучения, менее подверженных воздействию многолучевости.Within the framework of the present invention, less accurate synchronization of time information transmitted by IGLONS transmitters for subsequent range-finding measurements in a navigation receiver is allowed than is required in traditional systems based on pseudo-satellites. Less stringent requirements for time synchronization are associated with the simultaneous implementation of two positioning methods in the proposed method: positioning based on the rangefinder method and positioning method based on measurements of radiation angles less affected by multipath.
Возможность одновременно передавать несколько пеленгующих сигналов с небольшим коэффициентом корреляции позволяет реализовать систему определения углов излучения этих сигналов в системе координат IGLONS-маяка на основе простых геометрических соотношений. В то же время, ограниченное количество передатчиков в рамках одной системы, ненулевая кросскоррелированность излучаемых ими сигналов, а также ограниченное количество каналов сопровождения в навигационных приемниках ГЛОНАСС требуют минимизации числа одновременно излучаемых сигналов.The ability to simultaneously transmit multiple direction-finding signals with a small correlation coefficient makes it possible to implement a system for determining the emission angles of these signals in the coordinate system of an IGLONS beacon based on simple geometric relationships. At the same time, a limited number of transmitters within a single system, non-zero cross-correlation of the signals emitted by them, as well as a limited number of tracking channels in GLONASS navigation receivers require minimizing the number of simultaneously emitted signals.
Настоящим изобретением предлагается реализация системы из IGLONS-маяков, обеспечивающая определение трехмерного угла излучения сигнала на основе минимального количества одновременно излучаемых сигналов S1. Мобильный терминал принимает эти сигналы, и на основе измерения разности фаз определяет направление на источник излучения. Определение угла излучения сигнала возможно как в статике, так и при умеренной динамике мобильного терминала. Также обеспечивается непрерывность слежения за фазой несущей одного из установленных в маяке передатчиков.The present invention proposes an implementation of a system of IGLONS beacons, providing a three-dimensional angle of signal emission based on the minimum number of simultaneously emitted signals S1. The mobile terminal receives these signals, and based on the measurement of the phase difference determines the direction to the radiation source. The determination of the angle of signal emission is possible both in statics and with moderate dynamics of the mobile terminal. It also ensures continuity of phase monitoring of the carrier of one of the transmitters installed in the beacon.
Оптимальной реализацией IGLONS-маяка считается конструкция, состоящая из нескольких передатчиков Ntx, нескольких подключаемых к передатчикам антенн Nant, причем Nant≥Ntx, и одного приемника (в случае Nant=Ntx перенаправления сигнала с одной антенны на другую не происходит). При этом некоторые антенны передатчиков разнесены друг относительно друга на расстояние, соизмеримое с половиной длины волны сигнала ГЛОНАСС L1, другие разнесены на большее расстояние. Каждая передающая антенна подключена к одному из передатчиков. В каждый момент времени на одну из подключенных к передатчику антенн подается сигнал, на остальные антенны сигнал не поступает. Соответственно, в каждый момент времени сигнал излучается только Ntx антеннами, a Nant-Ntx антенн сигнал не излучают. Сигналы передатчиков модулируются согласно описанному выше кодово-позиционному разделению. Очевидно, что Тi,i-1 для таких передатчиков пренебрежимо мало. Сдвиг начала М-последовательности для каждого из передатчиков будет исчисляться по формуле:The optimal implementation of an IGLONS beacon is a structure consisting of several N tx transmitters, several N ant antennas connected to the transmitters, and N ant ≥N tx , and one receiver (in the case of N ant = N tx, signal redirection from one antenna to another does not occur ) Moreover, some transmitter antennas are spaced relative to each other by a distance commensurate with half the wavelength of the GLONASS signal L1, while others are spaced apart at a greater distance. Each transmit antenna is connected to one of the transmitters. At each moment of time, a signal is supplied to one of the antennas connected to the transmitter, but no signal is received to the remaining antennas. Accordingly, at each moment of time, the signal is emitted only by N tx antennas, and N ant -N tx antennas do not emit a signal. Transmitter signals are modulated according to the code position separation described above. Obviously, T i, i-1 for such transmitters is negligible. The shift of the beginning of the M-sequence for each of the transmitters will be calculated by the formula:
где i=1…Ntx.where i = 1 ... N tx .
При указанном выше TFIR=4 получаем выражение:With the above T FIR = 4 we get the expression:
Согласно предлагаемому решению IGLONS-маяки могут содержать разное количество передатчиков. Целесообразное количество от одного до пяти (Ntx=1…5). При этом в системе должен присутствовать хотя бы один маяк, имеющий в своем составе не менее двух передатчиков. Наиболее целесообразным представляется значение три передатчика (Ntx=3). При реализации системы на базе IGLONS-маяков с тремя передатчиками на каждой из несущих в зоне общей видимости может одновременно работать 84/3=28 IGLONS-маяков. При использовании 10 несущих частот количество одновременно работающих маяков в зоне общей видимости становится равным 280.According to the proposed solution, IGLONS beacons may contain a different number of transmitters. A suitable amount is from one to five (N tx = 1 ... 5). At the same time, at least one beacon must be present in the system, comprising at least two transmitters. The most appropriate value is the value of three transmitters (N tx = 3). When implementing a system based on IGLONS beacons with three transmitters on each of the carriers in the general visibility zone, 84/3 = 28 IGLONS beacons can simultaneously work. When using 10 carrier frequencies, the number of simultaneously operating beacons in the zone of general visibility becomes equal to 280.
Следует отметить, что на базе описанных IGLONS-маяков возможна реализация компактного варианта системы с одним маяком, содержащим несколько стационарных передатчиков. При реализации системы подобным образом навигация дальномерным методом не производится.It should be noted that, based on the described IGLONS beacons, it is possible to implement a compact version of the system with one beacon containing several stationary transmitters. When implementing the system in this way, navigation by the rangefinder method is not performed.
Синхронизация сдвигов начала М-последовательности, сдвигов фазы несущей и сдвигов несущей частоты передатчика обеспечивается за счет предложенных конструктивных особенностей IGLONS-маяка: наличия стационарного приемника, общего тактового генератора, коммуникационного модуля и единой несущей конструкции, фиксирующей расположение антенн передатчиков и приемника, каковой, в конечном счете, является корпус маяка.The synchronization of the M-sequence start shifts, carrier phase shifts, and transmitter carrier frequency shifts is ensured by the proposed design features of the IGLONS beacon: the presence of a stationary receiver, a common clock generator, a communication module, and a single carrier structure fixing the location of the transmitter and receiver antennas, which Ultimately, is the lighthouse building.
Важно отметить, что размещение антенн передатчика и антенны приемника маяка в едином радиопрозрачном корпусе позволяет упростить определение позиции антенн при размещении маяков внутри зданий. Жесткая фиксация антенн, закладываемая на этапе разработки конструкции маяка и обеспечиваемая за счет единого корпуса изделия, имеет особое значение для обеспечения навигации по углам излучения маяков, требующей позиционирования фазовых центров антенн с миллиметровой (в крайнем случае, с сантиметровой) точностью. При этом учитываются как геометрические координаты фазовых центров антенн, так и согласованная ориентация антенн друг относительно друга. Последнее обстоятельство связано с вариативностью фазового центра антенн в зависимости от направления излучения сигнала и с традиционными методами компенсации вариативности фазовых центров антенн в угломерных измерениях. Качественная синхронизация сдвигов фазы несущей сигнала, излучаемого передатчиками маяка, также является непременным условием для обеспечения навигации на основе угломерных измерений. Указанная синхронизация обеспечивается наличием в маяке единого тактового генератора и согласованным конфигурированием приемника и передатчиков маяка через коммуникационный модуль. Наличие в маяке коммуникационного модуля решает задачу удаленного конфигурирования приемника и передатчиков устройства с помощью переносного пульта. Удаленное конфигурирование маяка упрощает эксплуатацию маяков после их установки в неудобных для оператора местах, например, под потолком помещения.It is important to note that the placement of transmitter antennas and beacon receiver antennas in a single radio-transparent housing makes it easier to determine the position of the antennas when placing beacons inside buildings. The rigid fixation of the antennas, laid down at the stage of design development of the beacon and ensured by a single body of the product, is of particular importance for ensuring navigation along the radiation angles of the beacons, which requires positioning the phase centers of the antennas with millimeter (in extreme cases, with centimeter) accuracy. This takes into account both the geometric coordinates of the phase centers of the antennas and the coordinated orientation of the antennas relative to each other. The latter circumstance is associated with the variability of the phase center of the antennas depending on the direction of signal emission and with traditional methods of compensating for the variability of the phase centers of antennas in goniometric measurements. High-quality synchronization of phase shifts of the carrier signal emitted by the beacon transmitters is also an indispensable condition for ensuring navigation based on goniometric measurements. The specified synchronization is ensured by the presence in the beacon of a single clock generator and the coordinated configuration of the receiver and transmitters of the beacon through the communication module. The presence of a communication module in the beacon solves the problem of remote configuration of the receiver and transmitters of the device using a portable remote control. Remote configuration of the beacon simplifies the operation of the beacons after they are installed in uncomfortable places for the operator, for example, under the ceiling of a room.
Предложенный кодово-временной способ разделения навигационных сигналов обеспечивает максимальную совместимость с существующими коммерческими приемниками ГЛОНАСС. Одновременное применение дальномерных, фазовых и угломерных принципов позиционирования позволяет на базе предложенного способа и реализующей его системы обеспечить точное и надежное позиционирование навигационного приемника (мобильного терминала) внутри помещений, допускающее размещение внутри помещений большого количества позиционирующих передающих устройств, не требует серьезных изменений спутниковых навигационных приемников, понижает инфраструктурные издержки, при этом не создает помех существующим навигационным приемникам и не препятствует приему сигналов спутников ГЛОНАСС.The proposed code-time method for separating navigation signals ensures maximum compatibility with existing GLONASS commercial receivers. The simultaneous use of rangefinder, phase and goniometric principles of positioning allows, based on the proposed method and its implementing system, to provide accurate and reliable positioning of the navigation receiver (mobile terminal) indoors, allowing the placement of a large number of positioning transmitting devices indoors, does not require major changes in satellite navigation receivers, lowers infrastructure costs while not interfering with the existing navigation receiver and does not interfere with the reception of signals of GLONASS satellites.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фиг.1 представлена автокорреляционная функция (АКФ) псевдослучайного кода стандартной точности ГЛОНАСС.Figure 1 shows the autocorrelation function (ACF) of the pseudo-random code of standard accuracy GLONASS.
На фиг.2 представлен фрагмент автокорреляционной функции М-последовательности кода стандартной точности ГЛОНАСС в районе главного лепестка.Figure 2 presents a fragment of the autocorrelation function of the M-sequence of the standard accuracy code GLONASS in the region of the main lobe.
На фиг.3 приведен пример импульсной характеристики формирующего фильтра ГЛОНАСС-подобного сигнала.Figure 3 shows an example of the impulse response of the forming filter GLONASS-like signal.
На фиг.4 представлен пример предлагаемой системы, содержащий три IGLONS-маяка (470, 472, 474), мобильный терминал 460 с навигационной антенной 461, расположенной в неизвестной позиции 462, сервер 463, канал связи для доступа к серверу 464. IGLONS-маяк 470 включает в себя передатчик 401 с антенной 402, расположенной в позиции 403 и излучающей сигнал 404, передатчик 405 с антенной 406, расположенной в позиции 407 и излучающей сигнал 408, передатчик 409 с антенной 410, расположенной в позиции 411 и излучающей сигнал 412, приемник 413 с антенной 414, расположенной в позиции 415, преобразователь интерфейса 416, соединяющий выход приемника с входами передатчиков, предназначенными для ввода фазочастотной синхронизации, тактовый генератор 417, радиопрозрачный корпус 418, коммуникационный модуль 419. IGLONS-маяк 472 включает в себя передатчик 421 с антенной 422, расположенной в позиции 423 и излучающей сигнал 424, передатчик 425 с антенной 426, расположенной в позиции 427 и излучающей сигнал 428, передатчик 429 с антенной 430, расположенной в позиции 431 и излучающей сигнал 432, приемник 433 с антенной 434, расположенной в позиции 435, преобразователь интерфейса 436, соединяющий выход приемника с входами передатчиков, предназначенными для ввода фазочастотной синхронизации, тактовый генератор 437, радиопрозрачный корпус 438, коммуникационный модуль 439. IGLONS-маяк 474 включает в себя передатчик 441 с антенной 442, расположенной в позиции 443 и излучающей сигнал 444, передатчик 445 с антенной 446, расположенной в позиции 447 и излучающей сигнал 448, передатчик 449 с антенной 450, расположенной в позиции 451 и излучающей сигнал 452, приемник 453 с антенной 454, расположенной в позиции 455, преобразователь интерфейса 456, соединяющий выход приемника с входами передатчиков, предназначенными для ввода фазочастотной синхронизации, тактовый генератов 457, радиопрозрачный корпус 458, коммуникационный модуль 459. Излучаемые IGLONS-маяком 470 сигналы 404, 408, 412 приходят в мобильный терминал 460 в виде совокупного сигнала 465. Излучаемые IGLONS-маяком 472 сигналы 424, 428, 432 приходят в мобильный терминал 460 в виде совокупного сигнала 466. Излучаемые IGLONS-маяком 474 сигналы 444, 448, 452 приходят в мобильный терминал 460 в виде совокупного сигнала 467.Figure 4 presents an example of the proposed system containing three IGLONS beacons (470, 472, 474), a mobile terminal 460 with a navigation antenna 461 located at an unknown position 462, server 463, a communication channel for access to server 464. IGLONS beacon 470 includes a transmitter 401 with an antenna 402 located at position 403 and emitting a signal 404, a transmitter 405 with an antenna 406 located at position 407 and emitting a signal 408, a transmitter 409 with an antenna 410 located at 411 and emitting a signal 412, a receiver 413 with antenna 414 located at position 415 of the converter l interface 416 connecting the output of the receiver to the inputs of the phase-frequency synchronization input, clock generator 417, radio-transparent housing 418, communication module 419. IGLONS-beacon 472 includes a transmitter 421 with an antenna 422 located at 423 and emitting a signal 424 , transmitter 425 with antenna 426 located at 427 and emitting signal 428, transmitter 429 with antenna 430 located at 431 and emitting 432, receiver 433 with antenna 434 located at 435, interface converter 436, s connecting output of the receiver with the inputs of the transmitters intended for inputting the phase-frequency synchronization, clock generator 437, radio-transparent housing 438, communication module 439. The IGLONS beacon 474 includes a transmitter 441 with an antenna 442 located at position 443 and emitting a signal 444, a transmitter 445 s antenna 446, located at position 447 and emitting signal 448, transmitter 449 with antenna 450, located at position 451 and emitting signal 452, receiver 453 with antenna 454, located at position 455, interface converter 456, connecting the output a receiver with transmitter inputs for inputting phase-frequency synchronization, clock generators 457, radio-transparent housing 458, communication module 459. The signals 404, 408, 412 emitted by the IGLONS beacon 470 arrive at the mobile terminal 460 as a combined signal 465. The radiated IGLONS beacon 472 signals 424, 428, 432 arrive at the mobile terminal 460 as an aggregate signal 466. The signals 444, 448, 452 emitted by the IGLONS beacon 474 arrive at the mobile terminal 460 as an aggregate signal 467.
На фиг.5 проиллюстрирован принцип определения угла излучения IGLONS-передатчиков, содержащий две антенны (501 и 502), их идеализированные фазовые центры (503 и 504), двумерная система координат 505, в рамках которой производится позиционирование, мобильный терминал 506, угол излучения 507, обозначенный β, расстояние между фазовыми центрами антенн 508 (d), разность хода 509 (а).Figure 5 illustrates the principle of determining the radiation angle of IGLONS transmitters, containing two antennas (501 and 502), their idealized phase centers (503 and 504), two-dimensional coordinate
На фиг.6 представлено предлагаемое способом распределение временных сдвигов начала М-последовательности ГЛОНАСС-подобных сигналов, излучаемых на одной несущей передатчиками Тx1, Тx2, Тx3, ТxS-1, TxS.Figure 6 presents the proposed method for the distribution of time shifts of the beginning of the M-sequence of GLONASS-like signals emitted on one carrier by transmitters Tx 1 , Tx 2 , Tx 3 , Tx S-1 , Tx S.
На фиг.7 предлагаемый способ одновременного позиционирования на основе дальномерного метода, фазового метода и метода по углам излучения проиллюстрирован на примере системы из трех IGLONS-маяков, содержащей IGLONS-маяк 705 с местоположением 706, маяк 707 с местоположением 708, маяк 709 с местоположением 710, мобильный терминал 701 с неизвестной позицией 702. Вычисление местоположения маяка в системе координат 704 осуществляется на основе псевдодальностей 720, 721, 722 (дальномерный метод позиционирования), интегрируемого вектора скорости 703 (фазовый метод позиционирования), углов излучения 714, 715, 716, 717, 718, 719 (позиционирование на основе определения углов излучения). Для наглядности углы 714, 716, 718 отображены относительно проекций маяков 711, 712, 713 на горизонтальную плоскость, в которой находится позиционируемый мобильный терминал.7, the proposed method for simultaneous positioning based on the rangefinder method, the phase method and the method of angles of radiation is illustrated by the example of a system of three IGLONS beacons containing
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Заявляемый способ позиционирования внутри зданий и реализующая его система выполнены следующим образом.The inventive method of positioning inside buildings and implementing its system is made as follows.
Система содержит несколько стационарно расположенных передатчиков навигационных шумоподобных сигналов с заранее известным местоположением, способных работать на одной из нескольких несущих частот, соединенных с соответствующими антеннами, а также мобильный терминал с неизвестным местоположением, содержащий базу данных с местоположением стационарных передатчиков, способный принимать спутниковый навигационный сигнал и определять на основании принятого сигнала свое местоположение, при этом стационарные передатчики шумоподобных сигналов способны излучать сигнал на основе М-последовательности, в частности М-последовательности, применяемой в сигнале стандартной точности ГЛОНАСС в диапазоне L1, а мобильный терминал способен принимать сигнал передатчиков, в частности сигнал стандартной точности ГЛОНАСС в диапазоне L1. Система также содержит один или несколько стационарно расположенных приемников с заранее известным местоположением, соединенных с соответствующими антеннами, способных принимать указанный вид сигнала, причем число стационарных приемников меньше числа стационарных передатчиков. Стационарные передатчики и стационарные приемники вместе с соответствующими антеннами объединены в устройства, называемые маяками, при этом каждый маяк содержит один стационарный приемник и один или несколько стационарных передатчиков. В каждом маяке содержится тактовый генератор и коммуникационный модуль. При этом выход коммуникационного модуля соединен с первым входом всех передатчиков, расположенных в маяке, и с первым входом расположенного в маяке приемника, выход приемника соединен со вторым входом всех расположенных в маяке передатчиков, выход тактового генератора соединен с третьим входом всех передатчиков, расположенных в маяке, и со вторым входом приемника, а вход коммуникационного модуля является входом маяка. Каждый содержащийся в системе маяк является автономным устройством, все перечисленные компоненты которого (стационарные передатчики, стационарный приемник, коммуникационный модуль и тактовый генератор) размещаются внутри радиопрозрачного корпуса маяка.The system contains several stationary located transmitters of navigation noise-like signals with a predetermined location that can operate on one of several carrier frequencies connected to the corresponding antennas, as well as a mobile terminal with an unknown location containing a database with the location of stationary transmitters capable of receiving a satellite navigation signal and determine based on the received signal its location, while stationary noise-like transmitters with latter is present capable of emitting a signal based on the M-sequence, in particular M-sequence signal used in the GLONASS standard accuracy in the range L1, and the mobile terminal capable of receiving a signal transmitter, in particular signal standard accuracy GLONASS L1 band. The system also contains one or more stationary receivers with a predetermined location, connected to respective antennas capable of receiving the indicated type of signal, the number of stationary receivers being less than the number of stationary transmitters. Stationary transmitters and stationary receivers, together with the corresponding antennas, are combined into devices called beacons, with each beacon containing one stationary receiver and one or more stationary transmitters. Each beacon contains a clock and a communication module. The output of the communication module is connected to the first input of all transmitters located in the beacon, and to the first input of the receiver located in the beacon, the output of the receiver is connected to the second input of all transmitters located in the beacon, the output of the clock generator is connected to the third input of all transmitters located in the beacon , and with the second input of the receiver, and the input of the communication module is the input of the beacon. Each lighthouse contained in the system is an autonomous device, all of the listed components of which (stationary transmitters, stationary receiver, communication module and clock) are located inside the radio-transparent case of the lighthouse.
Содержащийся в каждом маяке коммуникационный модуль предназначен для обеспечения единого внешнего интерфейса и согласованного конфигурирования стационарных передатчиков и стационарного приемника. Коммуникационный модуль может поддерживать как проводной, так и беспроводной режим ввода данных. При этом каждый содержащийся в системе маяк имеет вход, являющийся также входом коммуникационного модуля, предназначенный для ввода конфигурационных параметров, включающих в себя требуемый сдвиг начала М-последовательности для каждого содержащегося внутри маяка передатчика, сдвиг значения несущей частоты для всех содержащихся внутри маяка передатчиков, параметры синхронизирующего передатчика.The communication module contained in each beacon is designed to provide a single external interface and coordinated configuration of stationary transmitters and a stationary receiver. The communication module can support both wired and wireless data entry. Moreover, each beacon contained in the system has an input, which is also the input of a communication module, designed to enter configuration parameters, including the required shift of the beginning of the M-sequence for each transmitter contained within the beacon, a shift of the carrier frequency for all transmitters contained within the beacon, parameters sync transmitter.
Выход стационарного приемника может быть соединен со стационарными передатчиками различным образом. Одним из вариантов реализации такого соединения является преобразователь интерфейса, содержащий один вход и один или несколько выходов. Число выходов преобразователя интерфейса при этом равно числу содержащихся в маяке передатчиков. В данной реализации каждый передатчик соединяется вторым входом с одним из выходов преобразователя интерфейса. Так, если в маяке содержится три стационарных передатчика, то в преобразователе интерфейса между приемником и передатчиками насчитывается три выхода и один вход, при этом первый выход преобразователя интерфейса соединяется со вторым входом первого передатчика, второй выход соединяется со вторым входом второго передатчика, третий выход соединяется со вторым входом третьего передатчика. Преобразователь интерфейса также может содержать преобразователь данных, реализующий несколько функций: сортировку данных с выхода приемника, выделение из данных приемника отдельных фрагментов, необходимых для синхронизации только определенного передатчика маяка, модификацию данных, перераспределение потока данных на входы передатчиков таким образом, что каждый передатчик получает только требуемые для его синхронизации данные. При этом модификация данных может выражаться как в изменении формата данных, так и в пересчете данных одного типа в данные другого типа.The output of the stationary receiver can be connected to the stationary transmitters in various ways. One of the options for implementing such a connection is an interface converter containing one input and one or more outputs. The number of outputs of the interface converter is equal to the number of transmitters contained in the beacon. In this implementation, each transmitter is connected by a second input to one of the outputs of the interface converter. So, if the beacon contains three stationary transmitters, then in the interface converter between the receiver and transmitters there are three outputs and one input, while the first output of the interface converter is connected to the second input of the first transmitter, the second output is connected to the second input of the second transmitter, the third output is connected with the second input of the third transmitter. The interface converter may also contain a data converter that implements several functions: sorting data from the output of the receiver, extracting individual fragments from the receiver data necessary to synchronize only a specific beacon transmitter, modifying data, redistributing the data stream to the transmitter inputs so that each transmitter receives only data required for its synchronization. At the same time, data modification can be expressed both in a change in the data format and in the conversion of data of one type into data of another type.
В рамках предлагаемой системы антенны стационарного приемника и каждого стационарного передатчика, содержащегося в одном маяке, располагаются относительно друг друга на определенном расстоянии. Таковым расстоянием может быть четверть длины волны или более. При этом в базу данных местоположения передатчиков и стационарного приемника заносятся координаты антенн передатчиков и стационарного приемника. Остальные компоненты передатчиков и приемника могут располагаться произвольным образом, в том числе объединяться в одну микросхему.In the framework of the proposed system, the antennas of the stationary receiver and each stationary transmitter contained in one beacon are located relative to each other at a certain distance. Such a distance may be a quarter of a wavelength or more. In this case, the coordinates of the antennas of the transmitters and the stationary receiver are entered into the database of the location of the transmitters and the stationary receiver. The remaining components of the transmitter and receiver can be arranged arbitrarily, including being combined into a single chip.
Предлагаемая система также может содержать сервер с доступной для мобильного терминала базой данных, содержащей координаты приемников, координаты передатчиков, устанавливаемые сдвиги начала М-последовательности, фазы несущей и значения несущей частоты сигналов передатчиков, а также зоны синхронизации передатчиков.The proposed system may also contain a server with a database accessible for the mobile terminal containing the coordinates of the receivers, the coordinates of the transmitters, the set shifts of the beginning of the M-sequence, the phase of the carrier and the carrier frequency of the signals of the transmitters, as well as the synchronization zone of the transmitters.
В рамках предлагаемой системы стационарные приемники не предназначены для определения своего местоположения. В силу этого они могут осуществлять только сопровождение сигналов ГЛОНАСС в диапазоне L1. Другой существенной особенностью предлагаемой системы является то, что стационарные передатчики и стационарные приемники могут не работать на некоторых (в том числе на всех) несущих частотах, отведенных под сигнал спутников ГЛОНАСС. При этом стационарные передатчики, стационарные приемники и мобильный терминал могут соответственно передавать и принимать сигнал на литерной несущей частоте, не используемой для передачи спутникового сигнала ГЛОНАСС.In the framework of the proposed system, fixed receivers are not designed to determine their location. Because of this, they can only carry out tracking of GLONASS signals in the L1 range. Another significant feature of the proposed system is that stationary transmitters and stationary receivers may not work at some (including all) carrier frequencies allocated to the signal of GLONASS satellites. In this case, stationary transmitters, stationary receivers and a mobile terminal can respectively transmit and receive a signal at a letter carrier frequency that is not used to transmit a GLONASS satellite signal.
Коммуникационный модуль допускает как беспроводной способ ввода данных, например, с помощью пульта дистанционного управления, так и способ задания конфигурации через специальный разъем, такой как, например, UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter). Выход коммуникационного модуля представляет собой цифровой интерфейс с подключенными к нему одной или несколькими линиями связи, обеспечивающими выбор адресуемого устройства (такими устройствами являются приемник и содержащиеся в маяке передатчики) и позволяющими передать выбранному устройству необходимую цифровую информацию. В коммуникационном модуле также может быть реализована маршрутизация конфигурационных данных, обеспечивающая передачу вводимых данных только тому устройству или тем устройствам, которым эти данные предназначены.The communication module allows both a wireless data input method, for example, using a remote control, and a configuration method through a special connector, such as, for example, UART (Universal Asynchronous Receiver / Transmitter). The output of the communication module is a digital interface with one or more communication lines connected to it, providing the choice of the addressable device (such devices are the receiver and the transmitters contained in the beacon) and allowing the selected device to transmit the necessary digital information. In the communication module, routing of configuration data can also be implemented, which ensures the transfer of input data only to the device or those devices to which this data is intended.
Стационарный передатчик в общем случае является устройством, конструктивно сходным с псевдоспутниками. Поэтому реализация передатчика возможна на той же элементной базе, которая используется в псевдоспутниках. При этом в передатчиках используется сторонний тактовый генератор и сторонний управляющий интерфейс. Передатчики также могут не иметь собственного корпуса. Первый вход стационарного передатчика представляет собой интерфейс, совместимый с интерфейсом выхода коммуникационного модуля. При этом число линий связи, подводимых к первому входу стационарного передатчика, может не совпадать с числом линий связи, присоединенных к выходному интерфейсу коммуникационного модуля. Второй вход стационарного передатчика представляет собой интерфейс, совместимый с выходом приемника или с выходом преобразователя интерфейса. Третий вход стационарного передатчика является стандартным для подключения тактового генератора.A stationary transmitter is generally a device structurally similar to pseudosatellites. Therefore, the implementation of the transmitter is possible on the same elemental base, which is used in pseudosatellites. At the same time, the transmitters use a third-party clock generator and a third-party control interface. Transmitters may also not have their own housing. The first input of the stationary transmitter is an interface compatible with the output interface of the communication module. In this case, the number of communication lines supplied to the first input of the stationary transmitter may not coincide with the number of communication lines connected to the output interface of the communication module. The second input of the stationary transmitter is an interface compatible with the output of the receiver or with the output of the interface converter. The third input of the stationary transmitter is standard for connecting a clock generator.
Стационарный приемник в общем случае представляет собой радиочастотный модуль (RFFE), преобразующий аналоговый сигнал в цифровой, а также цифровой модуль, содержащий механизм поиска и сопровождения IGLONS-сигналов. К входу радиочастотного модуля присоединена приемная антенна. Первый вход стационарного приемника представляет собой интерфейс, совместимый с интерфейсом выхода коммуникационного модуля. При этом число линий связи, подводимых к первому входу стационарного приемника, может не совпадать с числом линий связи, присоединенных к выходному интерфейсу коммуникационного модуля. Второй вход стационарного приемника является стандартным для подключения тактового генератора. Приемник может быть реализован на доступных СВЧ и цифровых компонентах.A stationary receiver in the general case is a radio frequency module (RFFE) that converts an analog signal into a digital one, as well as a digital module containing a mechanism for searching and tracking IGLONS signals. A receiving antenna is connected to the input of the RF module. The first input of the stationary receiver is an interface compatible with the output interface of the communication module. Moreover, the number of communication lines supplied to the first input of the stationary receiver may not coincide with the number of communication lines connected to the output interface of the communication module. The second input of the stationary receiver is standard for connecting a clock generator. The receiver can be implemented on available microwave and digital components.
В качестве тактового генератора, подключаемого к входам стационарных передатчиков и стационарного приемника, может использоваться ТСХО либо ОСХО (Oven-Controlled Crystal Oscillator).As a clock generator connected to the inputs of stationary transmitters and a stationary receiver, TLCO or OXO (Oven-Controlled Crystal Oscillator) can be used.
Под мобильным терминалом в рамках системы понимается любое портативное устройство, содержащее навигационный приемник. Таковым может быть мобильный телефон, смартфон, ноутбук, планшетный компьютер или специализированное оборудование.A mobile terminal within a system is understood to mean any portable device containing a navigation receiver. This may be a mobile phone, smartphone, laptop, tablet computer or specialized equipment.
В одном из примеров реализации коммуникационный модуль, стационарные передатчики, стационарный приемник и преобразователь интерфейса могут быть выполнены на основе дискретных элементов, таких как процессор, память, FPGA (Field Programmable Gate Array) и других доступных на рынке цифровых радиокомпонентов. В другом примере реализации коммуникационный модуль, цифровая часть приемника, цифровая часть передатчиков, а также преобразователь интерфейса могут быть объединены в одну микросхему. В третьем варианте реализации в микросхему также помещаются радиочастотные компоненты передатчиков и приемника.In one example implementation, a communication module, stationary transmitters, a fixed receiver and an interface converter can be implemented on the basis of discrete elements such as a processor, memory, FPGA (Field Programmable Gate Array) and other digital radio components available on the market. In another example implementation, the communication module, the digital part of the receiver, the digital part of the transmitters, as well as the interface converter can be combined into one chip. In the third embodiment, the radio-frequency components of the transmitter and receiver are also placed in the chip.
Сервер, содержащий базу данных для последующей загрузки в мобильный терминал, может взаимодействовать с мобильным терминалом через сеть Internet с помощью любого доступного внутри здания беспроводного коммуникационного протокола. При этом в мобильном терминале содержится стандартный навигационный приемник ГЛОНАСС в диапазоне L1, в программную прошивку которого внесены изменения, необходимые для приема ГЛОНАСС-подобного сигнала (IGLONS-сигналов). Согласно предлагаемому решению к мобильному терминалу могут предъявляться дополнительные требования: мобильный терминал должен принимать сигнал на несущих частотах с литерами, не используемыми для передачи спутникового сигнала, при этом на несущих частотах с указанными литерами должно быть возможно сопровождение сразу нескольких сигналов ГЛОНАСС на одной и той же несущей частоте. В качестве примера можно рассмотреть систему с передатчиками и приемниками (стационарными в рамках маяков, а также приемником в мобильном терминале), способными работать с литерами несущих частот плюс 8 и плюс 9. В качестве другого примера можно рассмотреть систему, способную работать с литерами несущих частот от минус 12 до плюс 12, соответствующими расширенному литерному диапазону ГЛОНАСС согласно некоторым рекомендациям GBAS (Ground-Based Augmentation System) и SBAS (Satellite-Based Augmentation System). Последний литерный диапазон соответствует полосе частот 1595…1609 МГц.A server containing a database for subsequent download to the mobile terminal can communicate with the mobile terminal via the Internet using any wireless communication protocol available inside the building. At the same time, the mobile terminal contains a standard GLONASS navigation receiver in the L1 range, the software firmware of which has been modified to receive GLONASS-like signal (IGLONS signals). According to the proposed solution, additional requirements may be imposed on the mobile terminal: the mobile terminal must receive a signal at carrier frequencies with letters that are not used to transmit a satellite signal, while at carrier frequencies with these letters it must be possible to simultaneously track several GLONASS signals on the same carrier frequency. As an example, we can consider a system with transmitters and receivers (stationary within the beacons, as well as a receiver in a mobile terminal) that can work with carrier letters plus 8 and plus 9. As another example, we can consider a system that can handle carrier letters from minus 12 to plus 12, corresponding to the extended GLONASS lettering range according to some recommendations of GBAS (Ground-Based Augmentation System) and SBAS (Satellite-Based Augmentation System). The last lettering range corresponds to the frequency band 1595 ... 1609 MHz.
На фиг.4 представлен пример системы позиционирования внутри зданий на основе ГЛОНАСС-подобного сигнала. Система содержит три IGLONS-маяка (470 472 и 474). Каждый маяк содержит три стационарных передатчика (401, 405, 409 в маяке 470; 421, 425, 429 в маяке 472; 441, 445, 449 в маяке 474), один стационарный приемник (413, 433, 453), тактовые генератор (417, 437, 457). Помимо этого каждый маяк содержит четыре разнесенные антенны (в маяке 470 это антенны 402, 406, 411, 414 с идеализированными фазовыми центрами в позициях 403, 407, 410 и 415 соответственно, в маяке 472 это антенны 422, 426, 431, 434 с позициями 423, 427, 430 и 435, в маяке 474 это антенны 442, 446, 451, 454 с позициями 443, 447, 450 и 455), а также коммуникационный модуль (419, 439, 459). Все перечисленные компоненты заключены в корпус (418, 438, 458). В системе также присутствует мобильный терминал 460 с навигационной антенной 461, идеализированный фазовый центр которой расположен в позиции 462, а также сервер 463 и канал связи для доступа к серверу 464. В качестве мобильного терминала в данном примере рассматривается мобильный телефон, а в качестве канала доступа к серверу коммуникационный стандарт Wi-Fi или поддерживаемый в данном регионе стандарт мобильной связи, например, GSM или LTE.Figure 4 presents an example of a positioning system inside buildings based on a GLONASS-like signal. The system contains three IGLONS beacons (470 472 and 474). Each beacon contains three stationary transmitters (401, 405, 409 in the beacon 470; 421, 425, 429 in the beacon 472; 441, 445, 449 in the beacon 474), one stationary receiver (413, 433, 453), a clock generator (417 , 437, 457). In addition, each beacon contains four spaced antennas (in beacon 470, these are antennas 402, 406, 411, 414 with idealized phase centers at positions 403, 407, 410 and 415, respectively, in beacon 472, these are antennas 422, 426, 431, 434 with positions 423, 427, 430 and 435, in beacon 474 these are antennas 442, 446, 451, 454 with positions 443, 447, 450 and 455), as well as a communication module (419, 439, 459). All of these components are enclosed in a housing (418, 438, 458). The system also has a mobile terminal 460 with a navigation antenna 461, the idealized phase center of which is located at position 462, as well as a server 463 and a communication channel for access to server 464. As a mobile terminal in this example, we consider a mobile phone, and as an access channel to the server, the Wi-Fi communication standard or a mobile standard supported in the region, for example, GSM or LTE.
Заявляемый способ заключается в том, что в стационарно расположенных передатчиках навигационных шумоподобных сигналов излучают М-последовательность, начало которой для разных сигналов, передаваемых на одной и той же несущей частоте, сдвигают по задержке на разную величину, отличающуюся друг от друга на длительность двух или более элементов М-последовательности. При этом М-последовательность может сдвигаться как обычным образом, так и циклически. В первом случае сдвиг М-последовательности равносилен более раннему или более позднему излучению сигнала. Во втором случае сдвиг М-последовательности на различную величину эквивалентен формированию шумоподобных кодов по принципу синхронного CDMA. Передача шумоподобных кодов в этом случае считается начинающейся одновременно. Прием сигналов с кодовым разделением на основе циклически сдвинутой М-последовательности также осуществляют стандартным для приема CDMA-сигналов образом.The inventive method lies in the fact that in stationary transmitters of navigation noise-like signals emit an M-sequence, the beginning of which for different signals transmitted on the same carrier frequency, is delayed by a different amount, different from each other by a duration of two or more elements of the M-sequence. In this case, the M-sequence can be shifted both in the usual way and cyclically. In the first case, the shift of the M-sequence is equivalent to earlier or later emission of the signal. In the second case, shifting the M-sequence by a different amount is equivalent to generating noise-like codes according to the principle of synchronous CDMA. The transmission of noise-like codes in this case is considered to start simultaneously. Reception of signals with code division based on a cyclically shifted M-sequence is also carried out in a standard manner for receiving CDMA signals.
В одной из реализаций заявляемого способа сигнал передатчиков также принимают в стационарных приемниках с известным местоположением, из принятого сигнала выделяют информацию о фактическом сдвиге начала М-последовательности, фазы несущей и значения несущей частоты в излучаемом передатчиками сигнале относительно начала М-последовательности, фазы несущей и значения несущей частоты сигнала других передатчиков, сообщают выделенную информацию передатчикам, в передатчиках сравнивают требуемую и фактическую информацию о сдвиге начала М-последовательности, фазы несущей и значения несущей частоты относительно других передатчиков, корректируют на основе полученной разницы начало М-последовательности, фазу несущей и значение несущей частоты в передаваемом сигнале и обеспечивают, таким образом, идентичность требуемых и фактических сдвигов.In one of the implementations of the proposed method, the signal of the transmitters is also received in stationary receivers with a known location, information about the actual shift of the beginning of the M-sequence, phase of the carrier and the value of the carrier frequency in the signal emitted by the transmitters relative to the beginning of the M-sequence, phase of the carrier, and value are extracted from the received signal the carrier frequency of the signal of the other transmitters, the selected information is transmitted to the transmitters, the transmitters compare the required and actual information about the start shift M-p sequence, the phase of the carrier and the value of the carrier frequency with respect to other transmitters, adjust the beginning of the M-sequence, the phase of the carrier and the value of the carrier frequency in the transmitted signal based on the difference, and thus ensure the identity of the required and actual shifts.
В дополнение перед расчетом позиции мобильного терминала в его память могут загружать информацию об ожидаемом сдвиге M-последовательности, фазы несущей и значения несущей частоты в сигналах передатчиков.In addition, before calculating the position of the mobile terminal, information about the expected shift of the M-sequence, the phase of the carrier, and the value of the carrier frequency in the signals of the transmitters can be loaded into its memory.
В навигационном сигнале может передаваться цифровая информация. При этом цифровую информацию передают со скоростью 1000/N бит/с, где N - целое число, большее чем 3. Число N также характеризует количество эпох, приходящихся на один бит цифровой информации. Следует отметить, что в спутниковом сигнале стандартной точности ГЛОНАСС цифровая информация передается со скоростью 50 бит/сек (укороченные в два раза биты преамбулы передаются со скоростью 100 бит/сек). Таким образом, скорость передачи цифровой информации в излучаемом стационарными передатчиками ГЛОНАСС-подобном сигнале (IGLONS-сигнале) отличается от скорости передачи цифровой информации в сигнале спутников ГЛОНАСС. При этом в рамках одной эпохи сигнал стационарных передатчиков и сигнал спутников ГЛОНАСС могут быть полностью идентичны: М-последовательность излучаемого стационарными передатчиками ГЛОНАСС-подобного сигнала идентична псевдослучайному дальномерному коду сигнала стандартной точности ГЛОНАСС с периодом 1 мс и скоростью передачи символов 511 кбит/с.The navigation signal may transmit digital information. In this case, digital information is transmitted at a speed of 1000 / N bit / s, where N is an integer greater than 3. The number N also characterizes the number of epochs per one bit of digital information. It should be noted that in a GLONASS standard-accuracy satellite signal, digital information is transmitted at a speed of 50 bits / s (half the preamble bits are halved and transmitted at a speed of 100 bits / s). Thus, the transmission rate of digital information in a GLONASS-like signal (IGLONS-signal) emitted by stationary transmitters differs from the transmission rate of digital information in the signal of GLONASS satellites. At the same time, within the framework of one era, the signal of stationary transmitters and the signal of GLONASS satellites can be completely identical: the M-sequence of a GLONASS-like signal emitted by stationary transmitters is identical to the pseudo-random rangefinding code of a standard GLONASS signal with a period of 1 ms and a symbol rate of 511 kbit / s.
Несущая частота передатчиков может быть вычислена по формуле (5). При этом навигационные сигналы могут передаваться на литерных частотах спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС, не занятых сигналами спутников.The carrier frequency of the transmitters can be calculated by the formula (5). In this case, navigation signals can be transmitted at the letter frequencies of the GLONASS satellite navigation system, not occupied by satellite signals.
Как уже было отмечено, граница бита передаваемой в навигационном сигнале передатчика цифровой информации может не совпадать с началом М-последовательности. В частности, если границы бита в навигационном сигнале, передаваемом несколькими передатчиками, совпадают по времени, кодовое разделение сигналов становится эквивалентным синхронному CDMA. Возможны и иные принципы синхронизации границ бита. При этом закон синхронизации границ бита передатчиков может быть конфигурируемым. Важно отметить, что при любом принципе синхронизации границ бита передатчиков, закон синхронизации границ бита передатчиков входит в список параметров системы, сообщаемых (либо априори известных) мобильному терминалу.As already noted, the bit boundary of the digital information transmitted in the navigation signal of the transmitter may not coincide with the beginning of the M-sequence. In particular, if the bit boundaries in the navigation signal transmitted by several transmitters coincide in time, the code division of the signals becomes equivalent to synchronous CDMA. Other principles for synchronizing bit boundaries are also possible. Moreover, the law of synchronization of the boundaries of the bits of the transmitters can be configurable. It is important to note that for any principle of synchronizing bit boundaries of transmitters, the law of synchronizing bit boundaries of transmitters is included in the list of system parameters communicated (or a priori known) to the mobile terminal.
В одной из реализаций заявляемого способа каждому передатчику ставят в соответствие зону синхронизации с определенным рангом, при этом начало М-последовательности, фазу несущей и значение несущей частоты передатчиков с более низким рангом синхронизации корректируют в соответствии с началом М-последовательности, фазы несущей и значением несущей частоты передатчиков с более высоким рангом синхронизации.In one of the implementations of the proposed method, each transmitter is associated with a synchronization zone with a certain rank, while the beginning of the M-sequence, the phase of the carrier and the carrier frequency of transmitters with a lower rank are adjusted in accordance with the beginning of the M-sequence, phase of the carrier and the value of the carrier transmitter frequencies with a higher sync rank.
В заявляемом способе излучаемый передатчиками сигнал может содержать дополнительную цифровую информацию, предназначенную для обеспечения взаимной синхронизации передатчиков. При этом сигнал, содержащий дополнительную цифровую информацию, могут передавать на несущей частоте и модулировать псевдослучайным кодом, не совпадающими с несущей частотой и псевдослучайным кодом излучаемого передатчиком ГЛОНАСС-подобного навигационного сигнала. При этом сигнал, содержащий дополнительную цифровую информацию, передают синхронизированным с ГЛОНАСС-подобным навигационным сигналом.In the inventive method, the signal emitted by the transmitters may contain additional digital information designed to ensure mutual synchronization of the transmitters. In this case, a signal containing additional digital information can be transmitted on a carrier frequency and modulated with a pseudo-random code that does not coincide with the carrier frequency and pseudo-random code emitted by the transmitter of a GLONASS-like navigation signal. In this case, a signal containing additional digital information is transmitted synchronized with a GLONASS-like navigation signal.
Согласно предлагаемому решению алгоритм позиционирования мобильного терминала на основе ГЛОНАСС-подобных сигналов может быть сведен к следующей последовательности действий:According to the proposed solution, the positioning algorithm of a mobile terminal based on GLONASS-like signals can be reduced to the following sequence of actions:
1) вычисляют корреляционную характеристику между входным сигналом и М-последовательностью кода стандартной точности ГЛОНАСС. Корреляционную характеристику вычисляют для всех предусмотренных литерных частот, с учетом максимально возможного разнесения поднесущих, а также с учетом неточности ТСХО маяков и навигационного приемника (мобильного терминала);1) calculate the correlation characteristic between the input signal and the M-sequence of the standard accuracy code GLONASS. The correlation characteristic is calculated for all provided letter frequencies, taking into account the maximum possible subcarrier spacing, as well as taking into account the inaccuracy of the TLCHO beacons and the navigation receiver (mobile terminal);
2) выбирают один или несколько наборов (TstartMLS, Fcarrier), соответствующих максимумам совокупной корреляционной характеристики;2) select one or more sets (T startMLS , F carrier ) corresponding to the maxima of the total correlation characteristic;
3) для выбранного одно или нескольких максимумов производят сопровождение и декодирование предполагаемого сигнала S1. При отсутствии в сигнале преамбулы и других признаков целостности сигнала S1 сопровождение прекращают;3) for the selected one or more maxima, the expected signal S1 is followed and decoded. If the signal does not have a preamble and other signs of the integrity of the signal S1, tracking is stopped;
4) из сигнала S1 выделяют информацию о системе и о сопровождаемом передатчике (например, ID системы и ID передатчика);4) information about the system and the accompanying transmitter (for example, system ID and transmitter ID) are extracted from signal S1;
5) формируют запрос к базе данных, в ответ на который навигационному приемнику сообщают точные координаты всех передатчиков, а также параметры, в соответствии с которыми передатчики формируют сигнал S1 (в параметры могут входить передаваемые в сигнале S1 биты цифровой информации, TstartMLS, Fcarrier, график переключения антенн, зона синхронизации и т.д.);5) form a query to the database, in response to which the navigation receiver is informed of the exact coordinates of all the transmitters, as well as the parameters according to which the transmitters generate the signal S1 (the parameters may include digital information transmitted in signal S1, T startMLS , F carrier antenna switching schedule, synchronization zone, etc.);
6) начинают сопровождение X других передатчиков. X лимитирован количеством каналов ГЛОНАСС в навигационном приемнике. При выборе X передатчиков учитывают их расположение относительно первого найденного передатчика, а также другие факторы. Важно отметить, что поиск других передатчиков на данном этапе не требуется, так как их несущие и позиции начала эпохи синхронизированы с уже сопровождаемым сигналом первого найденного передатчика;6) start tracking X other transmitters. X is limited by the number of GLONASS channels in the navigation receiver. When choosing X transmitters, their location relative to the first transmitter found, as well as other factors, are taken into account. It is important to note that the search for other transmitters at this stage is not required, since their carriers and the positions of the beginning of the era are synchronized with the signal of the first transmitter already found;
7) выполняют навигацию на основе дальномерных измерений;7) perform navigation based on rangefinding measurements;
8) выполняют навигацию путем измерения углов излучения;8) carry out navigation by measuring radiation angles;
9) выполняют навигацию на основе фазового сопровождения относительно ранее найденных координат приемника;9) perform navigation based on phase tracking relative to previously found receiver coordinates;
10) выполняют оценку достоверности полученных результатов навигации, на основе которой вырабатывается окончательное решение навигационной задачи.10) assess the reliability of the obtained navigation results, on the basis of which a final solution to the navigation problem is developed.
Принцип определения угла излучения IGLONS-передатчиков проиллюстрирован на фиг.5 на примере двух излучающих антенн передатчиков (501 и 502). Между расстояниями, которые проходят радиоволны в направлении мобильного терминала 506, существует разность хода, которую в предположении плоского волнового фронта можно выразить какThe principle of determining the emission angle of IGLONS transmitters is illustrated in FIG. 5 by the example of two transmitter emitting antennas (501 and 502). Between the distances that the radio waves travel in the direction of the
где a - разность хода (509),where a is the stroke difference (509),
d - расстояние между фазовыми центрами антенн (508),d is the distance between the phase centers of the antennas (508),
β - угол излучения в направлении на мобильный терминал (507).β is the angle of radiation in the direction of the mobile terminal (507).
Принимая сигналы передатчиков (501 и 502), в мобильном терминале измеряют разность фаз сигналов, которая связана с разностью хода соотношениемReceiving the signals of the transmitters (501 and 502), in the mobile terminal, the phase difference of the signals is measured, which is associated with the stroke difference by the ratio
где Δφ - разность фаз,where Δφ is the phase difference,
λ - длина волны сигнала.λ is the wavelength of the signal.
Из (8) и (9) в мобильном терминале определяют угол излучения какFrom (8) and (9) in the mobile terminal, the radiation angle is determined as
Для определения окончательного местоположения приемника в трехмерном пространстве необходимо большее количество передающих антенн и наличие как минимум двух разнесенных маяков.To determine the final location of the receiver in three-dimensional space, a larger number of transmitting antennas and the presence of at least two spaced beacons are required.
Перед началом работы координаты стационарных приемников и передатчиков маяков, параметры работы передатчиков, зоны синхронизации и взаимосвязи между синхронизирующими и синхронизируемыми маяками заносятся в базу данных, которая затем загружается в память мобильных терминалов для последующего использования в навигации. База данных может храниться на доступном публичном сервере или ином другом ресурсе.Before starting work, the coordinates of the stationary beacons and transmitters of the beacons, the parameters of the transmitters, the synchronization zone and the relationship between the synchronizing and synchronized beacons are entered into a database, which is then loaded into the memory of mobile terminals for subsequent use in navigation. The database can be stored on an accessible public server or other other resource.
Для установления взаимосвязей между зонами синхронизации каждой зоне присваивается определенный ранг, в соответствии с которым по передатчикам, отнесенным к зоне синхронизации с более высоким рангом, синхронизируют передатчики, отнесенные к зоне синхронизации с более низким рангом. В соответствии со сложившейся практикой нумерация рангов может быть обратна их "более высокому" или "более низкому" статусу. Предлагается наиболее высокий ранг обозначать номером 1, более низкий относительно самого высокого ранга обозначать номером 2 и так далее. Согласно предлагаемому способу в системе может быть один и только один маяк, передатчики которого имеют ранг синхронизации Rang=1. Другим фактором, влияющим на формирование зон синхронизации, является условие: передатчики с рангами синхронизации, отличающимися друг от друга на единицу, не могут работать на одной литерной частоте. Третьим фактором при определении зон синхронизации является условие: все передатчики внутри одного маяка (взаимодействующие с одним стационарным приемником) работают на одной несущей частоте и относятся к одной зоне синхронизации.To establish the relationships between the synchronization zones, each zone is assigned a certain rank, according to which the transmitters assigned to the synchronization zone with a higher rank synchronize the transmitters assigned to the synchronization zone with a lower rank. In accordance with established practice, the numbering of ranks may be the opposite of their "higher" or "lower" status. It is proposed to designate the highest rank by
Приведенные выше правила можно проиллюстрировать на примере уже рассмотренной системы, изображенной на фиг.4. Система содержит три IGLONS-маяка, в каждом из которых установлено три передатчика. При этом маяк 472 работает на литерной частоте F1, а маяки 470 и 474 на литерной частоте F2. Согласно описанным выше правилам опорным синхронизирующим маяком с рангом 1 в такой системе может быть только маяк 472. Маяки 470 и 474 соответственно относятся к зоне синхронизации с рангом 2. В качестве ведущего передатчика для синхронизации второй зоны может быть выбран любой из трех передатчиков маяка 472. Не исключен и вариант синхронизации части передатчиков второй зоны передатчиком 421, части передатчиком 425 и части передатчиком 429, то есть всеми имеющимися в маяке 472 передатчиками. При этом конфигурация, согласно которой передатчики внутри одного маяка синхронизируются разными передатчиками из зоны с более высоким рангом, не допускается. Для обеспечения максимальной синхронности системы количество зон синхронизации и выбранных в каждой из них передатчиков-мастеров, должно быть минимальным.The above rules can be illustrated by the example of the already considered system depicted in figure 4. The system contains three IGLONS beacons, each of which has three transmitters. In this case, beacon 472 operates at the letter frequency F1, and beacons 470 and 474 at the letter frequency F2. According to the rules described above, the reference synchronizing beacon with a
Например, может быть использован следующий алгоритм размещения маяков и определения зон синхронизации:For example, the following algorithm for placing beacons and determining synchronization zones can be used:
1. Определить местоположение IGLONS-маяка, олицетворяющего собой зону синхронизации первого ранга, приступить к размещению маяков для новой зоны синхронизации с рангом Rang=2;1. Determine the location of the IGLONS beacon, which represents the synchronization zone of the first rank, proceed with the placement of beacons for the new synchronization zone with a rank of Rang = 2;
2. Разместить маяки новой зоны синхронизации таким образом, чтобы они могли синхронизироваться по передатчикам маяков из зоны синхронизации со смежным более высоким рангом (Rang-1);2. Place the beacons of the new synchronization zone in such a way that they can be synchronized by beacon transmitters from the synchronization zone with an adjacent higher rank (Rang-1);
3. Для каждого маяка из новой зоны синхронизации определить синхронизирующий его маяк-мастер из зоны синхронизации со смежным более высоким рангом (Rang-1), причем количество маяков-мастеров в зоне с более высоким рангом должно быть минимальным; 3. For each beacon from the new synchronization zone, determine the master beacon synchronizing it from the synchronization zone with an adjacent higher rank (Rang-1), and the number of master beacons in the zone with a higher rank should be minimal;
4. При невозможности синхронизировать очередной маяк в новой зоне синхронизации по передатчикам из смежной зоны синхронизации с более высоким рангом (Rang-1) завершить формирование новой зоны с рангом Rang, объявить новой зону синхронизации с рангом Rang=Rang+l, после чего перейти к пункту 2. Возможный алгоритм определения параметров сигналов, излучаемых маяками, выглядит следующим образом:4. If it is not possible to synchronize the next beacon in a new synchronization zone by transmitters from an adjacent synchronization zone with a higher rank (Rang-1), complete the formation of a new zone with a rank of Rang, declare a new synchronization zone with a rank of Rang = Rang + l, and then go to
1. Для передатчика мастера первой зоны синхронизации установить несущую частоту F=F1, сдвиг начала М-последовательности Т=0. Для остальных передатчиков установить ту же несущую частоту и смежные сдвиги М-последовательности.1. For the transmitter of the master of the first synchronization zone, set the carrier frequency F = F1, the shift of the beginning of the M-sequence T = 0. For the remaining transmitters, set the same carrier frequency and adjacent shifts of the M-sequence.
2. Для всех передатчиков зоны синхронизации с рангом Rang=2 установить F=F2, сдвиги М-последовательности распределить в диапазоне 0…Tend2 в соответствии с правилом минимально достаточного интервала между смежными сдвигами TStartMLS, где Тend2 - максимальный сдвиг начала М-последовательности на данном этапе, такой, что 0<Tend2<511.2. For all transmitters of the synchronization zone with rank Rang = 2, set F = F2, distribute the M-sequence shifts in the
3. Для всех передатчиков Rang=3 установить F=F1, сдвиги М-последовательности распределить в диапазоне Tbegin1…Tend1 в соответствии с правилом минимально достаточного интервала между смежными сдвигами TstanMLs, где Tbegin1 - максимальный сдвиг начала М-последовательности в зоне синхронизации первого ранга, Tend1 - максимальный сдвиг начала М-последовательности в зоне синхронизации данного ранга, такой, что Tbegin1<Tendl<511.3. For all transmitters Rang = 3, set F = F1, distribute the M-sequence shifts in the range T begin1 ... T end1 in accordance with the rule of the minimum sufficient interval between adjacent shifts T stanMLs , where T begin1 is the maximum shift of the beginning of the M-sequence in the zone synchronization of the first rank, T end1 - the maximum shift of the beginning of the M-sequence in the synchronization zone of this rank, such that T begin1 <T endl <511.
4. Для передатчиков из остальных зон синхронизации установить для случая четного Rang F=F2, начала сдвигов М-последовательности Tbegin2<T<Tend2, где Tbegin2 равен Tend2 для зоны синхронизации с Rang=Rang-2, а для случая нечетного Rang установить F=F1, начала сдвигов М-последовательности Tbegin<T<Tend1, где Tbegin1 равен Tend1 для зоны синхронизации с Rang=Rang-2.4. For transmitters from the remaining synchronization zones, set for the case of even Rang F = F2, the start of shifts of the M-sequence T begin2 <T <T end2 , where T begin2 is equal to T end2 for the synchronization zone with Rang = Rang-2, and for the case of odd Rang set F = F1, the start of the shifts of the M-sequence T begin <T <T end1 , where T begin1 is equal to T end1 for the synchronization zone with Rang = Rang-2.
5. При выходе Tend1 или Tend2 из диапазона 0…511 сместить значение F1 или F2 на другую поднесущую (изменить KSubL) и объявить Tbegin1 или Tbegin2 равными нулю. При наличии более двух литерных несущих изменить также и номер литерной несущей частоты, перейдя на частоту F=F3.5. When T end1 or T end2 leaves the
Принцип распределения начала сдвигов М-последовательности пояснен на фиг.6. Пусть начало М-последовательности одного из передатчиков (передатчика Tx1) равно Т1, причем T1=0. Тогда сдвиг начала М-последовательности другого передатчика (передатчика Тх2) будет равен T2=T1+TStartMLS(2,l). Сдвиг начала М-последовательности третьего передатчика (передатчика Тх3) будет равен T3=T2+TStartMLS(3,2) и так далее. Всего на данной несущей частоте можно расположить S начал М-последовательности. Сдвиг начала М-последовательности передатчика S+1 превысил бы величину 511, что недопустимо и соответственно является критерием максимального значения S.The principle of the distribution of the beginning of the shifts of the M-sequence is explained in Fig.6. Let the beginning of the M-sequence of one of the transmitters (transmitter Tx 1 ) be T 1 , with T 1 = 0. Then the shift of the beginning of the M-sequence of another transmitter (transmitter Tx 2 ) will be equal to T 2 = T 1 + T StartMLS (2, l). The shift of the beginning of the M-sequence of the third transmitter (TX 3 transmitter) will be T 3 = T 2 + T StartMLS (3,2) and so on. In total, at the given carrier frequency, the S beginnings of the M-sequence can be arranged. The shift of the beginning of the M-sequence of the S + 1 transmitter would exceed 511, which is unacceptable and, accordingly, is a criterion for the maximum value of S.
После определения параметров сигналов, излучаемых маяками, параметры сообщаются передатчикам через специально предусмотренный для этого интерфейс коммуникационного модуля (419, 439, 459 на фиг.4). Например, для системы, изображенной на фиг.4, в базу данных возможно занесение следующей характеризующей приемники и передатчики информации.After determining the parameters of the signals emitted by the beacons, the parameters are communicated to the transmitters through a specially provided interface for the communication module (419, 439, 459 in FIG. 4). For example, for the system depicted in FIG. 4, it is possible to enter the following information characterizing the receivers and transmitters into the database.
Фаза несущей сигнала 404 равна фазе несущей сигнала 408 и равна фазе несущей сигнала 412. Фаза несущей сигнала 424 равна фазе несущей сигнала 428 и равна фазе несущей сигнала 432. Фаза несущей сигнала 444 равна фазе несущей сигнала 448 и равна фазе несущей сигнала 452.The phase of the carrier signal 404 is equal to the phase of the carrier of the signal 408 and equal to the phase of the carrier of the signal 412. The phase of the carrier of the signal 424 is equal to the phase of the carrier of the signal 428 and equal to the phase of the carrier of signal 432. The phase of the carrier of signal 444 is equal to the phase of the carrier of signal 448 and equal to the phase of the carrier of signal 452.
Несущая частота сигналов 404, 408, 412, 444, 448, 452 равна F2. Несущая частота сигналов 424 428, 432 равна F1.The carrier frequency of the signals 404, 408, 412, 444, 448, 452 is equal to F2. The carrier frequency of the signals 424 428, 432 is equal to F1.
Сдвиг начала М-последовательности сигнала 404 равен 0, сигнала 408 равен 6, сигнала 412 равен 12, сигнала 444 равен 18, сигнала 448 равен 24, сигнала 452 равен 30. Сдвиг начала М-последовательности сигналов 424, 428 и 432 эквивалентен сдвигам начала М-последовательности сигналов 404, 408 и 412.The start shift of the M-sequence of signal 404 is 0, signal 408 is 6, signal 412 is 12, signal 444 is 18, signal 448 is 24, signal 452 is 30. The shift of the beginning of the M-sequence of signals 424, 428 and 432 is equivalent to the start M shifts -sequences of signals 404, 408 and 412.
Передатчики 401, 405, 409 синхронизируются по сигналу 432 передатчика 429 через приемник 413. Передатчики 441, 445, 449 синхронизируются по сигналу 432 передатчика 429 через приемник 453. Передатчики 421, 425, 429 не синхронизируются сторонним сигналом.The transmitters 401, 405, 409 are synchronized by the signal 432 of the transmitter 429 through the receiver 413. The transmitters 441, 445, 449 are synchronized by the signal 432 of the transmitter 429 through the receiver 453. The transmitters 421, 425, 429 are not synchronized by a third-party signal.
Местоположения 403, 407, 410, 415, 423, 427, 430, 435, 443, 447, 450, 455 идеализированных фазовых центров антенн 402, 406, 411, 414, 422, 426, 431, 434, 442, 446, 451, 454 заносятся в базу в виде трехмерных координат относительно выбранной системы отсчета, привязанной к плану помещения.Locations 403, 407, 410, 415, 423, 427, 430, 435, 443, 447, 450, 455 idealized phase centers of antennas 402, 406, 411, 414, 422, 426, 431, 434, 442, 446, 451, 454 are entered into the database in the form of three-dimensional coordinates relative to the selected reference system, tied to the floor plan.
В процессе работы системы приемник 413 отслеживает фактический сдвиг начала М-последовательности, фактический сдвиг фазы несущей и фактическую несущую частоту сигнала 432 относительно начала М-последовательности, сдвига фазы несущей и несущей частоту сигналов 404, 408 и 412. Полученные результаты сообщаются передатчикам 401, 405 и 409 через преобразователь интерфейса 416. При этом в рамках преобразователя интерфейса 416 данные приемника 413 могут дополнительно обрабатываться и дополняться иными данными, получаемыми от сторонних источников. В передатчиках 401, 405 и 409 фактический сдвиг начала М-последовательности, фазы несущей и значения несущей частоты сравнивают с требуемыми (с данными, установленными через коммуникационный модуль во время конфигурирования системы) и в случае расхождения корректируют излучаемый ими сигнал. Аналогичным образом взаимодействуют передатчики и приемник маяков 472 и 474.During operation of the system, the receiver 413 monitors the actual shift of the beginning of the M-sequence, the actual shift of the carrier phase and the actual carrier frequency of the signal 432 relative to the beginning of the M-sequence, the phase shift of the carrier and carrier frequency of the signals 404, 408 and 412. The results are reported to transmitters 401, 405 and 409 through an interface converter 416. In this case, within the interface converter 416, the data of the receiver 413 can be further processed and supplemented with other data received from third-party sources. In transmitters 401, 405 and 409, the actual shift of the beginning of the M-sequence, carrier phase and carrier frequency values are compared with the required ones (with the data set via the communication module during system configuration) and, if there is a discrepancy, they correct the signal emitted by them. The transmitters and receiver of beacons 472 and 474 interact in a similar way.
Отображенные на фиг.4 передатчики могут также излучать сигнал S2, содержащий дополнительную цифровую информацию. Цифровая информация, передаваемая в сигнале S2, принимается приемниками 413, 433, 453 и сообщается подключенным к ним передатчиками через преобразователи интерфейса 416,436,456.The transmitters shown in FIG. 4 may also emit a signal S2 containing additional digital information. Digital information transmitted in signal S2 is received by receivers 413, 433, 453 and communicated by transmitters connected to them via interface converters 416,436,456.
Важно отметить, что передатчики и приемник внутри каждого IGLONS-маяка тактируются одним источником опорного колебания, в качестве которого может использоваться ТСХО или ОСХО (Oven-Controlled Crystal Oscillator).It is important to note that the transmitters and the receiver inside each IGLONS beacon are clocked by a single source of reference oscillation, which can be used as a TLCO or OXO (Oven-Controlled Crystal Oscillator).
В процессе работы системы мобильный терминал 460 обнаруживает и затем принимает сигналы нескольких или всех девяти стационарных передатчиков, отслеживает фактические сдвиги начала М-последовательности принимаемых сигналов передатчиков, а также их фазы несущей и значения несущей частоты, сравнивает фактические сдвиги с ожидаемыми и затем на основании полученных разниц решает навигационную задачу. Перед обнаружением первого из девяти присутствующих в системе сигналов передатчиков либо после оного мобильным терминалом загружается база данных с информацией обо всех параметрах сигналов передатчиков, о местоположении передатчиков и приемников и о схеме синхронизации передатчиков. В рамках загружаемой базы данных мобильный терминал получает необходимую информацию для определения ожидаемых сдвигов начала М-последовательности сигналов передатчиков, сдвигов их фаз несущей и сдвигов значений их несущих частот. Исходя из полученных таким образом знаний, мобильным терминалом принимается решение о целесообразности сопровождать те или иные доступные сигналы передатчиков, а также о возможности определения углов излучения передатчиков. На основе принятого решения, а также имея в своем распоряжении разницу между ожидаемыми и фактическими сдвигами различных параметров сигнала передатчиков, мобильный терминал определяет углы излучения передатчиков, псевдодальности передатчиков, изменения псевдодальностей передатчиков, определяет степень достоверности перечисленных измерений, использует полученные измерения в качестве входных данных для навигационной задачи и в процессе решения навигационной задачи определяет текущую позицию мобильного терминала.During the operation of the system, the mobile terminal 460 detects and then receives the signals of several or all nine stationary transmitters, monitors the actual shifts of the beginning of the M-sequence of the received transmitter signals, as well as their carrier phase and carrier frequency values, compares the actual shifts with the expected ones and then based on the received Differences solves the navigation problem. Before the detection of the first of the nine transmitter signals present in the system or after it by the mobile terminal, a database is loaded with information about all parameters of the transmitter signals, the location of the transmitters and receivers, and the transmitter synchronization pattern. Within the framework of a downloadable database, the mobile terminal receives the necessary information to determine the expected shifts of the beginning of the M-sequence of transmitter signals, shifts of their carrier phases and shifts of their carrier frequencies. Based on the knowledge obtained in this way, the mobile terminal decides on the feasibility of accompanying certain available transmitter signals, as well as on the possibility of determining the radiation angles of the transmitters. Based on the decision made, and also having at its disposal the difference between the expected and actual shifts of various parameters of the transmitter signal, the mobile terminal determines the angles of radiation of the transmitters, the pseudorange of the transmitters, changes the pseudorange of the transmitters, determines the degree of reliability of the measurements, uses the measurements as input data for navigation task and in the process of solving the navigation problem determines the current position of the mobile terminal.
Для определения достоверности измеренных углов излучения передатчиков может быть применен следующий алгоритм:To determine the reliability of the measured angles of radiation of the transmitters, the following algorithm can be applied:
1. Если взаимное расположение передатчиков IGLONS-маяка и приемника, определенное в результате решения навигационной задачи, соответствует критерию достоверности (например, расстояние между передатчиками маяка и мобильным терминалом меньше определенного предела), то достоверность угломерных измерений считается высокой, иначе низкой.1. If the relative position of the transmitters of the IGLONS beacon and the receiver, determined as a result of solving the navigation problem, meets the reliability criterion (for example, the distance between the beacon transmitters and the mobile terminal is less than a certain limit), then the accuracy of the goniometric measurements is considered high, otherwise low.
2. Если взаимное расположение передатчиков маяка по отношению к вычисленному направлению на приемник соответствует критерию достоверности (например, расстояние между передатчиками в проекции, перпендикулярной направлению на мобильный терминал, не превышает сверху и снизу определенных ограничений), то достоверность угломерных измерений считается высокой, иначе низкой.2. If the relative position of the beacon transmitters with respect to the calculated direction to the receiver meets the reliability criterion (for example, the distance between the transmitters in the projection perpendicular to the direction to the mobile terminal does not exceed certain restrictions above and below), then the accuracy of the goniometric measurements is considered high, otherwise low .
3. Если новая позиция мобильного терминала, полученная в результате угловых измерений не сместилась на значительное расстояние относительно полученной аналогичным образом предыдущей позиции, то достоверность угломерных измерений считается высокой, иначе низкой.3. If the new position of the mobile terminal obtained as a result of angular measurements has not shifted a considerable distance relative to the previous position obtained in a similar way, then the accuracy of the angular measurements is considered high, otherwise low.
4. Если результаты позиционирования по угломерным измерениям принципиально отличаются от результатов позиционирования на основе дальномерных измерений, то достоверность угломерных измерений считается низкой, иначе высокой.4. If the results of positioning by goniometric measurements are fundamentally different from the results of positioning based on range-finding measurements, then the accuracy of the goniometric measurements is considered low, otherwise high.
5. Если все четыре перечисленные выше критерия достоверности показали высокий уровень достоверности угломерных измерений, итоговая достоверность угломерных измерений считается высокой, иначе низкой.5. If all four of the reliability criteria listed above showed a high level of reliability of the goniometric measurements, the final reliability of the goniometric measurements is considered high, otherwise low.
Принцип одновременного позиционирования на основе дальномерного метода, метода на базе фазовых измерений и измерений углов излучения сигнала передатчиков проиллюстрирован на фиг.7. В процессе позиционирования мобильный терминал 701 определяет свое местоположение 702 и мгновенный вектор скорости 703 на основании псевдодальностей 720, 721, 722, углов излучения 714, 715, 716, 717, 718, 719, а также предыдущего вектора скорости и предыдущей определенной позиции. Перечисленные измерения выполняются в процессе обработки сигналов маяков 705, 707, 709.The principle of simultaneous positioning based on the rangefinder method, a method based on phase measurements and measurements of the radiation angles of the signal of the transmitters is illustrated in Fig.7. In the positioning process, the
Входящие в систему мобильный терминал, IGLONS-маяки и сервер могут быть реализованы на известных электронных компонентах.The mobile terminal, IGLONS beacons and server included in the system can be implemented on well-known electronic components.
Источники информацииInformation sources
1. "Understanding GPS: Principles and Applications", Second Edition. Elliott D. Kaplan, Christopher Hegarty, 2005.1. "Understanding GPS: Principles and Applications", Second Edition. Elliott D. Kaplan, Christopher Hegarty, 2005.
2. US 5646630. Network of Equivalent Ground Transmitters.2. US 5646630. Network of Equivalent Ground Transmitters.
3. US 0015198 Al. Pseudolite-based Precise Positioning System with Synchronized Pseudolites.3. US 0015198 Al. Pseudolite-based Precise Positioning System with Synchronized Pseudolites.
4. US 7342538 B2. Asynchronous Local Position Determination and Method.4. US 7342538 B2. Asynchronous Local Position Determination and Method.
5. Quasi-Zenith Satellite System. Interface Specification for QZSS (IS-QZSS). VI.4.5. Quasi-Zenith Satellite System. Interface Specification for QZSS (IS-QZSS). VI.4.
6. JP 4296302 B.6.JP 4296302 B.
7. JP 4461235 B.7.JP 4461235 B.
8. US 7948437 B2. Positional information providing system, positional information providing apparatus and transmitter.8. US 7948437 B2. Positional information providing system, positional information providing apparatus and transmitter.
9. IEEE Std 802.15.4tm-2011. IEEE Standard for Local and metropolitan area networks - Part 15.4: Low-Rate Wireless Personal Area Networks (LR-WPANs).9. IEEE Std 802.15.4 tm -2011. IEEE Standard for Local and metropolitan area networks - Part 15.4: Low-Rate Wireless Personal Area Networks (LR-WPANs).
10. ISO/IEC 24730-2. Information technology - real-time locating systems (RTLS) - part 2: 2.4 GHz air interface protocol.10. ISO / IEC 24730-2. Information technology - real-time locating systems (RTLS) - part 2: 2.4 GHz air interface protocol.
11. US 4894662. Method and System for Determining Position on a Moving Platform, such as a Ship, Using Signals from GPS Satellites.11. US 4,894,662. Method and System for Determining Position on a Moving Platform, such as a Ship, Using Signals from GPS Satellites.
12. "Self-Calibrating Pseudolite Arrays: Theory and Experiment". Edward Alan LeMaster.12. "Self-Calibrating Pseudolite Arrays: Theory and Experiment." Edward Alan LeMaster.
13. US 4728959. Direction Finding Localization system.13. US 4,728,959. Direction Finding Localization system.
14. US 2010/0259450 A1. Indoor Position System and Method.14. US 2010/0259450 A1. Indoor Position System and Method.
15. US 6282231 B1. Strong Signal Cancellation to Enhance Processing of Weak Spread Spectrum Signal.15. US 6282231 B1. Strong Signal Cancellation to Enhance Processing of Weak Spread Spectrum Signal.
16. US 6160837. Method of Avoiding Near-Far Interference Problem in an Array of Navigation Signal Beacons Having Selected CDMA or GPS-like Navigation Signals.16. US 6160837. Method of Avoiding Near-Far Interference Problem in an Array of Navigation Signal Beacons Having Selected CDMA or GPS-like Navigation Signals.
17. WO 99/48233. Pseudolite-Augmented GPS for Locating Wireless Telephones.17. WO 99/48233. Pseudolite-Augmented GPS for Locating Wireless Telephones.
Claims (19)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012157632/07A RU2533202C2 (en) | 2012-12-27 | 2012-12-27 | Method and system for positioning of mobile terminal inside buildings based on glonass-type signal |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012157632/07A RU2533202C2 (en) | 2012-12-27 | 2012-12-27 | Method and system for positioning of mobile terminal inside buildings based on glonass-type signal |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012157632A RU2012157632A (en) | 2014-07-10 |
RU2533202C2 true RU2533202C2 (en) | 2014-11-20 |
Family
ID=51215558
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012157632/07A RU2533202C2 (en) | 2012-12-27 | 2012-12-27 | Method and system for positioning of mobile terminal inside buildings based on glonass-type signal |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2533202C2 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2577846C1 (en) * | 2014-12-17 | 2016-03-20 | Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") | Method of determining integrity of high-precision navigation determinations of consumer and system therefor |
RU2628541C1 (en) * | 2016-02-24 | 2017-08-18 | Владимир Васильевич Щербаков | Determination method of the rail track spatial coordinates and geometrical parameters and device for its implementation |
RU2659351C1 (en) * | 2017-09-22 | 2018-06-29 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") | Modernized glonass satellite navigation system |
RU2708383C2 (en) * | 2015-06-16 | 2019-12-06 | Ти Юропиан Юнион, Репрезентид Бай Ти Юропиан Коммишн | Method for processing range signals with modulated shifted carrier |
RU2784802C1 (en) * | 2022-06-15 | 2022-11-29 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт микроэлектронной аппаратуры "Прогресс" (АО "НИИМА "Прогресс") | Noise-immune rangefinder local radio navigation system providing high-precision positioning |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP4004580A4 (en) * | 2019-07-29 | 2023-11-08 | Lonprox Corporation | System and method for indoor location |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2009139282A (en) * | 2002-10-17 | 2011-04-27 | Квэлкомм Инкорпорейтед (US) | METHOD AND DEVICE FOR IMPROVEMENT USING MEASUREMENTS OF ACCURACY OF DETERMINING LOCATION BY RADIO TECHNICAL METHOD |
-
2012
- 2012-12-27 RU RU2012157632/07A patent/RU2533202C2/en active
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2009139282A (en) * | 2002-10-17 | 2011-04-27 | Квэлкомм Инкорпорейтед (US) | METHOD AND DEVICE FOR IMPROVEMENT USING MEASUREMENTS OF ACCURACY OF DETERMINING LOCATION BY RADIO TECHNICAL METHOD |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Вейцель А.В. "Новый класс меандровых шумоподобных радиосигналлов для радионавигационных системЦ, ж.Вестник МАИ т.16 N7, 2009, с.43-48. * |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2577846C1 (en) * | 2014-12-17 | 2016-03-20 | Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") | Method of determining integrity of high-precision navigation determinations of consumer and system therefor |
RU2708383C2 (en) * | 2015-06-16 | 2019-12-06 | Ти Юропиан Юнион, Репрезентид Бай Ти Юропиан Коммишн | Method for processing range signals with modulated shifted carrier |
RU2628541C1 (en) * | 2016-02-24 | 2017-08-18 | Владимир Васильевич Щербаков | Determination method of the rail track spatial coordinates and geometrical parameters and device for its implementation |
RU2659351C1 (en) * | 2017-09-22 | 2018-06-29 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") | Modernized glonass satellite navigation system |
RU2784802C1 (en) * | 2022-06-15 | 2022-11-29 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт микроэлектронной аппаратуры "Прогресс" (АО "НИИМА "Прогресс") | Noise-immune rangefinder local radio navigation system providing high-precision positioning |
RU2784802C9 (en) * | 2022-06-15 | 2023-02-17 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт микроэлектронной аппаратуры "Прогресс" (АО "НИИМА "Прогресс") | Noise-immune rangefinder local radio navigation system providing high-precision positioning |
RU2802323C1 (en) * | 2022-06-15 | 2023-08-24 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт микроэлектронной аппаратуры "Прогресс" (АО "НИИМА "Прогресс") | Noise-immune difference-range local radio navigation system providing high-precision positioning |
RU2802322C1 (en) * | 2023-01-25 | 2023-08-24 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт микроэлектронной аппаратуры "Прогресс" (АО "НИИМА "Прогресс") | Noise-immune difference-range local radio navigation system integrated with an inertial navigation system providing high-precision positioning of moving objects |
RU2809923C1 (en) * | 2023-04-01 | 2023-12-19 | Акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" | Method for monitoring spatio-temporal state of group of moving objects |
RU2827095C1 (en) * | 2023-12-27 | 2024-09-23 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт микроэлектронной аппаратуры "Прогресс" (АО "НИИМА "Прогресс") | Method realizing accurate noise-immune synchronization of reference stations of local navigation system |
RU2841878C1 (en) * | 2024-10-10 | 2025-06-18 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Энвисол" | Autonomous multi-zone positioning system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012157632A (en) | 2014-07-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101644755B (en) | Locating a roving position receiver within a location network | |
US9455762B2 (en) | System and method for positioning using hybrid spectral compression and cross correlation signal processing | |
US7990314B2 (en) | Method and system for locating a geographical position using broadcast frequency modulation signals | |
CN1833178B (en) | A system and method for providing assistance data within a location network | |
US9851429B2 (en) | Terrestrial position and timing system | |
WO1999063358A1 (en) | A method and device for creating a network positioning system (nps) | |
CA2839617A1 (en) | Coding in a wide area positioning system (waps) | |
RU2533202C2 (en) | Method and system for positioning of mobile terminal inside buildings based on glonass-type signal | |
KR100506382B1 (en) | Wide area pseudolite navigation system | |
KR20040101662A (en) | Apparatus and method for providing location information | |
Ma et al. | Communication-based positioning systems: past, present and prospects | |
RU2827095C1 (en) | Method realizing accurate noise-immune synchronization of reference stations of local navigation system | |
RU2837598C1 (en) | Method of navigation using radio navigation reference stations and reference station for its implementation | |
AU2006202938B2 (en) | Frequency Coherence within a Location Network | |
RU44190U1 (en) | NAVIGATION SYSTEM | |
Bartone | A terrestrial positioning and timing system (TPTS) | |
AU2006202937B2 (en) | Locating a Roving Position Receiver within a Location Network | |
Silva | Theoretical Study of an RF Positioning System Using Phase Synchronized Anchor Nodes | |
AU749029B2 (en) | A method and device for creating a network positioning system (NPS) | |
Rodriguez Silva | Theoretical Study of an RF Positioning System Using Phase Synchronized Anchor Nodes |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20160322 |