Сетевая навигация по ЭМ-излучателям

map(Развиваем тему навигации. Нужно, наверное, отдельную категорию завести.)

Известно, что навигация по GPS основана на определении расстояния приёмника от нескольких “опорных точек”, чьи координаты известны (это, конечно, спутники). “Традиционная” практическая навигация также часто использует привязку к точкам с заранее известными координатами – то есть, методика стандартная и известная. Преимущества GPS: относительно несложно вычислять координаты автоматически. Но при этом навигация с использованием “радиоэлектронных автоматов”, работающих в привязке к радиопередатчикам с известными координатами – она тоже весьма и весьма старая (более 50 лет ей), хоть об этом и не многие задумываются.

Микроэлектронный прогресс нарастает. Результаты заметны в навигации. Сейчас и разнообразных передатчиков работает много и приёмники с компьютерами стали очень чувствительными, избирательными и мощными. Поэтому построить “навигационное поле”, доступное для автоматических навигационных систем, можно на базе самых разных присутствующих в интересующем районе передатчиков. GPS, опять же, не требуется. Интересно, что тут “навигационное поле” оказывается неким “паразитным” элементом.

Чтобы построить это самое “поле” достаточно тщательно исследовать обстановку в эфире, с максимальной точностью определив координаты множества подходящих передатчиков. Годятся: базовые станции систем мобильной связи, радиорелейные передатчики, телевизионные передатчики и тому подобные штуки. Понятно, что эти передатчики обычно зафиксированы на одном месте и у каждого можно выделить набор “сигнатур”, позволяющих отличать его от других (станции GSM, например, штатно “называют себя” при работе в эфире).

Теперь компьютеризированный навигационный инструмент, имеющий в локальной базе данных сведения о координатах и параметрах передатчиков, может вычислять собственное местоположение “триангулируя” на основе принимаемых сигналов. Годится для небольших беспилотников и наземных роботов, действующих в городе, ведь, GPS здесь много где совершенно недоступен: в больших зданиях, в подземных коммуникациях. А вот сигналы GSM, Wi-Fi или телевидения – вполне принимаются.

Особенно важен такой момент, который многие упускают из виду: для построения “навигационного поля” вовсе не нужно запрашивать какие-то сведения о местоположении, скажем, базовых станций GSM (типа, операторы их не выдадут). Вся информация дистанционно собирается из эфира, а координаты вычисляются с использованием других способов “привязки к местности”: хотя бы тот же самолёт-разведчик с GPS на борту.

DARPA ещё пару лет назад открыто заказало нечто подобное для военных применений. При этом описанная схема полностью рабочая и даже реализована на практике в гражданских системах (можно поискать в Google “wifi geolocation”, например). В случае с WiFi, сбор исходной информации проводится просто с борта автомобиля с GPS-приёмником (и WiFi, конечно), разъезжающего по городу.

Заметьте, уже система, работающая на WiFi, может быть весьма компактна, точна и пригодна для наведения “быстролетящих изделий”. Такие дела.

()

Похожие записки:



Далее - мнения и дискуссии

(Сообщения ниже добавляются читателями сайта, через форму, расположенную в конце страницы.)

Комментарии читателей блога: 13

  • 1. 5th July 2009, 22:01 // Читатель Тош написал:

    во-первых, для разных частот приходится иметь отдельные приемники (принимать-то желательно одновременно). уже в ГЛОНАССе, у которого частотное разделение каналов, с этим изрядный гемор. а приемник дециметрового диапазона (ТВ) — штука не такая уж и маленькая, да и антенна ему нужна…
    далее, к каждому из этих приемников нужно приделать какой-никакой процессор, потому как мало померить мощность, надо ещё понять, _который_ из передатчиков мы “поймали”.
    и, наконец, учитывать, что те или иные передатчики могут быть выключены, а некоторые могут к тому же перемещаться (перестаивили wifi хотспот на другой шкаф:))

  • 2. 5th July 2009, 22:03 // Читатель filin написал:

    В GPS используется разносно-дальносный метод определения координат. Это самый точный метод в радионавигации. GSM передачики имеют узкую диаграму направленосми в направлении линии горизонта, на высоте в километр, сотовые телефоны уже не работают.
    Радио релейные линии имеют ещё более узкую диаграму направленсти.
    Угломерного способа завист от точности определения угла и расстояния до передачика. Для решения задачи наведеня на WiFi GSM, спутниковые, радиотелефоны… наведения ?быстролетящих изделий? задача уже давно решена. Созданы ракуты типа Шрайк. А для решения навигационных задач малопригодна.

  • 3. 5th July 2009, 23:45 // Читатель Jeff Zanooda написал:

    Отдельные приёмники строго говоря необязательны – существует software defined radio, при наличии достаточной процессорной мощности можно принимать несколько сигналов одновременно. В том же двенадцатиканальном GPS тоже нет 12 отдельных приёмников.

    Неработающие сотовые телефоны на высоте в километр – это, пожалуй, преувеличение. Диаграммы направленности антенн неидеальные, к тому же от земли отражения есть. Устойчивой связи не будет, но по крайней мере над густонаселёнными районами и при не очень большой скорости самолёта как-то сотовые работать будут.

    А вот про разностно-дальностный метод – это важный момент. Сигналы спутников GPS точно привязаны ко времени, и форма сигнала специально подобрана, чтобы измерение временной задержки сделать максимально точным (только один максимум в корреляционной функции и т.д.)

    WiFi, сотовые вышки и телевидение такой точной привязкой ко времени не обладают. Поэтому разностно-дальностный метод отпадает, и остаётся надеяться на CellID и уровень сигналов, как это делает Google Maps на мобильных телефонах без GPS. Точность при этом так себе – ближайшую бензоколонку найти достаточно, а довести до неё – уже сложно.

  • 4. 5th July 2009, 23:59 // Читатель Wladimir написал:

    Это уже работает. Например в Нюрнберге. Подобную систему для мобильников уже разработал Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen (IIS). Тот самый который разработал и “mp3”. Они прямо указывают на погодоустойчивость, дешевизну, на возможность использовать как WLAN так и GSM и то, что это всего лишь один из вариантов применения.

    http://www.vue.fraunhofer.de/index.php?id=401&L=1

  • 5. 6th July 2009, 02:25 // Читатель Тош написал:

    to Jeff Zanooda: в GPS кодовое разделение каналов: один приёмник — и до хрена корреляторов (>12, т.к. помимо слежения за уже известными приемнику спутниками, нужно ещё постоянно отлеживать появление в зоне видимости новых). а вот в ГЛОНАСС разделение каналов частотное.

  • 6. 6th July 2009, 05:22 // Читатель Jeff Zanooda написал:

    Тош, для SDR разница между кодовым и частотным разделением каналов перестаёт быть принципиальной, по крайней мере при не очень большой разнице в частотах между каналами.

    Если оба сигнала после преобразования попали в полосу пропускания фильтра промежуточной частоты, то как их декодировать после АЦП – дальнейшей фильтрацией и детектированием (частотное разделение) или корреляторами (кодовое разделение) – это уже дело программного обеспечения.

    Я это к тому, что для приёма нескольких сигналов одновременно необязательно иметь столько же приёмников.

  • 7. 6th July 2009, 07:41 // Читатель filin написал:

    При частотном разделении разные задержки по разным трактам приёнников,
    при кодовом один приёмник, и задержка для всех сигналов одинакова.

    Разница принципиальная с технической точки зрения!

  • 8. 6th July 2009, 13:28 // Читатель sashket написал:

    По поводу приёма разных частот видел недавно интересную новость: http://www.3dnews.ru/news/vsevolnovii_chip_priemnik_kopiruet_chelovecheskoe_uho

  • 9. 6th July 2009, 13:47 // Читатель sashket написал:

    А вот межзвёздная система позиционирования будущего: http://www.3dnews.ru/news/razrabotani_osnovi_galakticheskoi_sistemi_pozitsionirovaniya/

  • 10. 6th July 2009, 21:32 // Читатель зашел в гости написал:

    Одна проблема со всеми вышеперечисленными типами передатчиков: все они принадлежат частным компаниям, и в случае кризиса, да что там – отключения электричества – их бесперебойная работа гарантивораться не может.

  • 11. 7th July 2009, 02:13 // Читатель Jeff Zanooda написал:

    filin, у SDR сигналы проходят через один и тот же тракт – преселектор, смеситель, фильтр промежуточной частоты, АЦП, усилители по необходимости. Разные задержки разве что в фильтре промежуточной частоты, но эта разница заранее известна и скомпенсировать её несложно.

  • 12. 7th July 2009, 11:29 // Читатель filin написал:

    Радио компас использавался более пол века назад.

    В SDR используется входной диапазонный фильтр, он даст разную задержку в разных радио диапазонах.

    сравнивая Глонас и GPS возникает аналогия
    между всеволновым когегером Попова и контурным приёмником Маркони.

  • 13. 7th July 2009, 13:39 // Читатель Шурик написал:

    Извините, но по-моему filin совершенно не владеет темой.
    А рваный слог его сообщений наводит на мысли то ли о безумном копи-пасте, то ли ранних стадиях шизофрении.