Koti News information Nopeasti toteutettava reaaliaikaisen paikannusjärjestelmän tarkkuus 10 cm

Nopeasti toteutettava reaaliaikaisen paikannusjärjestelmän tarkkuus 10 cm

Vapauta : 19.4.2018

Decawavenin integroitu moduuli ja ohjelmistot tarjoavat kehittäjille yksinkertaisemman RTLS-ratkaisun, joka pystyy tuottamaan tarkemmat lokalisointitulokset vähäisellä vaivalla.

Tässä artikkelissa tarkastellaan RTLS-sovelluksia ja algoritmeja, mukaan lukien kaksisuuntainen vaihteluväli ja TDOA, ja käsitellään eri RTLS-menetelmiin liittyvien toteutuksen kompromisseja. Artikkeli esittelee sitten Decawave UWB -lähetinvastaanottimen, jossa korostetaan erityisiä suunnittelua koskevia vaatimuksia. Artikkeli päättyy keskusteluun Decawave-ohjelmistoarkkitehtuurista ja siihen liittyvästä firmware-kehityksestä, joka kuvaa konkreettisia tekniikoita käyttäjäsovellusten kehittämiseksi Decawave-alustalla.

RTLS-järjestelmien rooli

Tarkkuus RTLS on tullut tehokkaaksi menetelmäksi ihmisten tai liikkuvien varojen sijainnin tai seurannan määrittämiseksi toimistokompleksit, varastot, tehdaslaitokset ja kokoonpanolinjat. Tässä lähestymistavassa mobiili-objekti (tag) vaihtaa tietoa kiinteällä paikalla toimivilla laitteilla (ankkureilla) käyttäen IEEE 802.15.4-2011 -standardissa määriteltyjä vakiomuotoisia ja UWB-tekniikoita pienikokoisille langattomille henkilökohtaisille alueille (LR-WPAN). Määrittämällä tunnisteen ja useiden ankkureiden välinen etäisyys sovellukset voivat määrittää tunnisteen suhteellisen sijainnin niille tunnetuille ankkureille - ja siten tagin absoluuttiselle sijainnille.

RTLS-menetelmät

RTLS-sovellukset käyttävät erilaisia ​​tekniikoita etäisyyden määrittämiseen. Yksinkertaisimmassa lähestymistavassa sovellus tai tunniste voi käyttää vastaanotetun signaalinvoimakkuuden indikaattorin (RSSI) parametria useimpien lähetinvastaanottimien kanssa arvioidakseen tunnisteen sijainnin suhteessa lähettäviin ankkureihin. Monista tekijöistä, jotka voivat vaikuttaa linkkibudjettiin, tämä lähestymistapa voi parhaimmillaan tarjota vain laajan arvioinnin asemasta. Sen sijaan monet kehittyvät RTLS-pohjaiset sovellukset vaativat absoluuttisen sijainnin määrittämistä muutamassa senttimetrissä.

Korkean tarkkuuden RTLS käyttää lennon aika-menetelmiä, jotka ovat suurelta osin immuuneja merkittäviin muutoksiin RF-signaalin voimakkuuden vaihteluissa. Tässä lähestymistavassa tunnisteen sijainti voidaan määrittää mittaamalla RF-signaalille tarvittava aika kulkea tunnisteen kautta useisiin ankkureihin. RF-signaalien tunnetun etenemisviiveen avulla ilman, RTLS-sovellukset voivat muuttaa lennon aikataulun etäisyydelle.

Esimerkiksi jos tunnisteen ja kunkin kolmen ankkurin välinen lentoaika on täsmälleen sama. Tilanne voi tapahtua vain kohtuudella, jos tunniste on yhtä pitkä kuin kyseiset ankkurit. Koska sovellus tietää kunkin ankkurin tarkan sijainnin, se voi määrittää tunnisteen absoluuttisen sijainnin.

Etenemisajan mittaamiseksi tag-lähettimeltä ankkureittimen täytyy kuitenkin käyttää samaa aikapohjaa kuin tunniste, jotta voidaan oikein arvioida tagin sanomaan upotettu aikatieto. Jos ankkurin aikapohja viivästyy tai johtaa tunnisteen aikapohjaa, laskettu matka on lyhyempi tai pidempi kuin todellinen etäisyys.

Yksi RTLS-menetelmä vie selkeän lähestymistavan tämän ongelman ratkaisemiseen ajastimen synkronoimalla tunnistimen lähettimen ja ankkureiden vastaanottimet varmistaen, että kukin ankkuri vastaanottaa viestin samalla pohjalla kuin tunniste. Sovelluksen aikasynkronointi voi olla haastavaa parhaimmillaan ja vain epäkäytännöllistä RTLS-sovelluksissa, joissa langattomat tunnisteet liikkuvat.

Toinen menetelmä, TDOA, synkronoi vain ankkurit, eliminoimalla vaikeasti liitetyt mobiilitunnisteiden synkronointiin. Sijainnin määrittämiseksi RTLS-sovellus käyttää eri tunnisteiden mittaamien tunnistesignaalin saapumisaikoja. Tarkastellaan esimerkiksi aiempaa esimerkkiä kolmesta ankkurista (A1, A2 ja A3), jotka on järjestetty yhtä etäisyydellä tunnisteen kohdasta. Kun tunniste liikkuu, jos TDOA: n kullekin ankkurille todetaan 0, 1 nanosekunnin (ns), 0 merkitsee sitä, että tunniste on siirtynyt suorassa linjassa ankkurista A2 noin 30 senttimetriä (olettaen RF: n eteneminen valonopeudella). TDOA: n vaatimus ankkurisynkronoinnille on huomattavasti helpompi ongelma kuin yritetään synkronoida ankkureita ja tunnisteita. Tästä huolimatta tämän lähestymistavan tarkkuus riippuu erittäin täsmällisestä synkronoinnista. Jopa nanosekunnin ero synkronoinnissa voi johtaa senttimetrieroihin sijaintien mittauksessa.

Kaksisuuntainen vaihtelu

Kaksisuuntaiset RTLS-menetelmät poistavat kokonaan täsmällisen aikasynkronoinnin tarpeen, mutta ne asettavat vaatimuksen siirtoominaisuudelle tunnisteessa. Tämä lähestymistapa välttää eri aikavälien epävarmuuden antamalla merkinnän ja ankkureiden vaihtaa ajoitustietoa toistensa kanssa. Sen sijaan, että niiden aikasidokset synkronoitiin, tunniste ja ankkurit käyttävät lyhyttä kaksisuuntaista viestintäprotokollaa, joka mahdollistaa tarkan aikataulun ja tarkan määrityksen.