«Вестник ГЛОНАСС». Как используются технологии псевдоспутников в умных городах?

Важнейшая часть умного города – служба определения местоположения. Единая локационная служба для наружной и внутренней/надземной и подземной деятельности поможет строительству умных городов.

Однако при разных системах координат и форматах данных трудно унифицировать различные технологии позиционирования на одной основе. Позиционирование на основе ГНСС (ГЛОНАСС, GPS, BeiDou и Galileo) — это единственный способ обеспечить абсолютное местоположение в системе координат, ориентированной на Землю и привязанной к Земле (ECEF). Растущая активность человека внутри помещений и под землёй предъявляет значительный спрос на услуги на основе определения местоположения, но туда не пробиваются доступные сигналы ГНСС.

К счастью, тип спутника, который находится в помещении, известный как псевдолит (псевдоспутник), может передавать сигналы дальности, подобные сигналам ГНСС. Пользователи могут получить своё местоположение, принимая сигналы измерения дальности и их обратную засечку без добавления или переключения на другие датчики, перемещаясь с улицы в помещение.

Чтобы сделать полным охват ГНСС в помещении и под землёй для поддержки умного города, ещё предстоит определить, как адаптировать дизайн псевдолита и унифицировать системы координат для связи с ГНСС.

Конечным пользователям умных городов — обычно через смартфоны, транспортные средства, носимые устройства и т.д. в отношении Интернета вещей (IoT) — требуется точная информация о местоположении и времени. Для позиционирования сначала необходима опорная точка. Методы позиционирования, такие как сверхширокополосный (UWB), индикация уровня принимаемого сигнала (RSSI), ZigBee и т.д., могут обеспечить точное позиционирование, но только в локальной системе координат. В отличие от других методов позиционирования внутри помещений, приёмник ГНСС является единственным датчиком, который может обеспечить абсолютное позиционирование в геоцентрической системе координат. Таким образом, пространственные данные на основе ГНСС можно рассматривать как инфраструктуру умного города для общих служб позиционирования и навигации.

К сожалению, ГНСС можно использовать только в открытой среде на поверхности земли, поскольку сигнал L-диапазона ГНСС не может быть передан непосредственно в недра. Таким образом, трудно полагаться только на ГНСС для завершения построения системы подземных данных. Технологии внутреннего позиционирования, такие как UWB, имеют системные отличия от ГНСС и требуют дополнительных приёмных датчиков для пользователей. Более того, они могли предоставить только настраиваемые относительные местоположения в свободной локальной системе координат, а не абсолютное местоположение в системе координат Земли. В этом случае современные методы определения местоположения внутри помещений затрудняют эффективное взаимодействие с ГНСС. В настоящее время службы определения местоположения внутри помещений и под землёй, основанные на пространственных данных ГНСС, по-прежнему отсутствуют.

Псевдолиты могут излучать сигналы, подобные сигналам ГНСС, что позволяет осуществлять непрерывное позиционирование как в помещении, так и на открытом воздухе. Если псевдоспутник использует частоту и сигнал ГНСС стандартного формата, то приёмник ГНСС без каких-либо модификаций может обрабатывать его сигнал. По сравнению с другими методами, псевдоспутников может предоставлять базовую точку, связанную с ГНСС, для внутреннего и подземного позиционирования и плавной навигации.

В последние годы исследователи изучали псевдоспутники с разных точек зрения, включая ввод в эксплуатацию системы, передачу сигналов, приём сигналов, обработку ошибок и интегрированную навигацию на основе псевдоспутников. Псевдолиты становятся всё ближе к крупномасштабным приложениям, особенно с внедрением аппаратных решений для проектирования и приёма сигналов в области связи, где в значительной степени решаются проблемы эффектов ближнего и дальнего действия и синхронизации часов.

Однако редко обсуждалось, как обеспечить услуги определения местоположения для умных городов в рамках ГНСС с помощью псевдоспутника. Кроме того, как технология с большим потенциалом применения, лишь немногие авторы рассмотрели и проанализировали технический прогресс, существующие проблемы и перспективы псевдолитов.

Объединение пространственно-временной привязки и плавной навигации сделало очевидными более высокие требования к конструкции псевдоспутниковой системы. Это связано с двумя вопросами. С одной стороны, унификация орбиты необходима; текущие псевдолиты используются только для позиционирования внутри помещений, в то время как для плавной навигации требуется, чтобы орбиты псевдолитов были интегрированы в систему координат ГНСС. С другой стороны, текущие исследования в основном проверяются в открытых помещениях или с созвездием псевдолитов в хорошо закрытых помещениях; однако в реальных помещениях, например в торговых центрах, возникает множество случайных масок, что приводит к плохой точности позиционирования. Столкнувшись с проблемой скрытых сигналов, ключевым вопросом для обеспечения высокой точности позиционирования в больших помещениях является то, как лучше оптимизировать структуру созвездия псевдолитов и объединить несколько датчиков.

Для дальнейшего продвижения применения псевдоспутниковой технологии в умных городах и для создания системы PNT, необходимо разобраться и представить текущее состояние псевдоспутниковой технологии и тенденции её развития.

С развитием технологии псевдоспутников на протяжении многих лет позиционирование внутри помещений на основе псевдоспутников уже стало возможным с точки зрения научных исследований, особенно с учётом того, что проблемы синхронизации времени, влияние сигналов на ближнее и дальнее расстояние и ошибки многолучёвости в значительной степени решены или уменьшены. Псевдолиты уже показали свою перспективность применительно к умным городам. После того, как были разработаны псевдооблегчённые устройства, следующим приоритетом стали инновации в процессе практических тестовых приложений.

Источник: Вестник ГЛОНАСС