Accueil News information Implémentez rapidement un système de localisation en temps réel précis à 10 cm

Implémentez rapidement un système de localisation en temps réel précis à 10 cm

Relâchez le : 19 avr. 2018

Un module intégré et un logiciel de Decawave fournissent aux développeurs une solution RTLS plus simple, capable de fournir des résultats de localisation plus précis avec un minimum d'effort.

Cet article passe en revue les applications RTLS et les algorithmes, y compris la télémétrie bidirectionnelle et TDOA, et discute des compromis d'implémentation associés à différentes méthodes RTLS. L'article présente ensuite un émetteur-récepteur Decawave UWB, en soulignant les exigences spécifiques pour la conception avec lui. L'article se termine par une discussion sur l'architecture logicielle de Decawave et le développement du firmware qui l'accompagne, illustrant des techniques spécifiques pour le développement d'applications utilisateur sur la plateforme Decawave.

Le rôle des systèmes RTLS

Les RTLS de précision sont apparus comme une méthode efficace pour déterminer l'emplacement ou le suivi des personnes ou des actifs mobiles dans les complexes de bureaux, les entrepôts, les usines de fabrication et les chaînes de montage. Dans cette approche, un objet mobile (tag) échange des informations avec des dispositifs fixes (ancres) en utilisant des formats standard et des technologies UWB spécifiées dans IEEE 802.15.4-2011 pour les réseaux personnels sans fil à faible débit (LR-WPAN). En déterminant la distance entre l'étiquette et plusieurs ancres, les applications peuvent déterminer la position relative de l'étiquette par rapport à ces ancres connues - et ainsi, la position absolue de l'étiquette.

Méthodes RTLS

Les applications RTLS utilisent diverses techniques pour déterminer la distance. Dans l'approche la plus simple, l'application ou l'étiquette peut utiliser le paramètre indicateur de force de signal reçu (RSSI) disponible avec la plupart des émetteurs-récepteurs pour évaluer l'emplacement de l'étiquette par rapport aux ancres d'émission. En raison des nombreux facteurs qui peuvent affecter le budget de la liaison, cette approche ne peut au mieux fournir qu'une estimation générale de la position. En revanche, de nombreuses applications RTLS émergentes nécessitent la détermination de l'emplacement absolu dans quelques centimètres.

Le RTLS haute précision utilise des méthodes de temps de vol qui sont largement insensibles aux changements significatifs de la variation de la puissance du signal RF. Dans cette approche, l'emplacement d'une étiquette peut être déterminé en mesurant le temps nécessaire pour qu'un signal RF passe de l'étiquette à plusieurs ancres. En utilisant le retard de propagation connu des signaux RF dans l'air, les applications RTLS peuvent traduire le temps de vol à distance.

Par exemple, si le temps de vol entre une étiquette et chacune des trois ancres est exactement identique. Cette situation ne peut raisonnablement se produire que si l'étiquette est équidistante de ces ancres. Puisque l'application connaît l'emplacement exact de chaque ancre, elle peut déterminer l'emplacement absolu de l'étiquette.

Cependant, pour mesurer le temps de propagation à partir de l'émetteur d'étiquette, le récepteur d'ancrage doit utiliser la même base de temps que l'étiquette pour évaluer correctement les informations temporelles incorporées dans le message de l'étiquette. Si la base de temps d'une ancre est en retard ou la base de temps d'une étiquette, la distance calculée sera respectivement plus courte ou plus longue que la distance réelle.

Une méthode RTLS adopte une approche directe pour résoudre ce problème en synchronisant l'émetteur d'étiquettes et les récepteurs d'ancrage, en s'assurant que chaque ancre recevra le message avec la même base de temps que l'étiquette. La mise en œuvre de la synchronisation de l'heure peut être difficile au mieux et simplement impossible dans les applications RTLS où les balises sans fil évoluent.

Une autre méthode, TDOA, synchronise uniquement les ancres, éliminant les difficultés associées à la synchronisation des tags mobiles. Pour déterminer l'emplacement, l'application RTLS utilise les différences entre les heures d'arrivée d'un signal de balise mesuré sur plusieurs ancrages. Par exemple, considérons l'exemple précédent de trois ancres (A1, A2 et A3) disposées équidistantes autour d'une étiquette. Après que l'étiquette se déplace, si TDOA pour chaque ancre est 0, 1 nanoseconde (ns), 0, respectivement, cela signifie que l'étiquette s'est déplacée dans une ligne directe de l'ancre A2 pendant environ 30 centimètres (en supposant RF propagation à la vitesse de la lumière). L'exigence de TDOA pour la synchronisation d'ancre est un problème beaucoup plus facile que de tenter de synchroniser des ancres et des balises. Même ainsi, la précision de cette approche dépend d'une synchronisation très précise. Même une différence de synchronisation de l'ordre de la nanoseconde peut se traduire par une différence de centimètres dans la mesure de l'emplacement.

Deux voies

Les méthodes RTLS bidirectionnelles éliminent entièrement la nécessité d'une synchronisation temporelle précise, mais introduisent une exigence de capacité de transmission dans l'étiquette. Cette approche évite l'incertitude de différentes bases de temps en permettant à l'étiquette et aux ancres d'échanger des informations de synchronisation les unes avec les autres. Au lieu de synchroniser leurs bases de temps, l'étiquette et les ancres utilisent un court protocole de messagerie bidirectionnel qui permet une détermination précise du temps de vol et de l'exactitude.