Введение

Технология определения местоположения объекта в пространстве Система позиционирования - это система определения местоположения объекта в пространстве. Одна из самых известных и широко используемых систем определения местоположения - это глобальная система определения местоположения (GPS). Существуют технологии систем позиционирования, начиная от глобального покрытия с точностью до метров и заканчивая охватом рабочего пространства с точностью до миллиметров.

Межпланетные системы

Межпланетные системы радиосвязи не только связываются с космическими аппаратами, но и используются для определения их положения. Радар может отслеживать цели вблизи Земли, но космические корабли в глубоком космосе должны иметь на борту работающий транспондер, чтобы отразить радиосигнал. Информацию об ориентации можно получить с помощью звездных трекеров.

Региональные системы

Сети наземных передатчиков позиционирования позволяют специализированным радиоприемникам определять их 2D-позицию на поверхности Земли. Они, как правило, менее точны, чем GNSS, потому что их сигналы не полностью ограничены распространением линии обзора, и они имеют только региональный охват. Однако они остаются полезными для специальных целей и в качестве резервного копирования, где их сигналы получаются более надежно, в том числе под землей и в помещении, и приемники могут быть построены, которые потребляют очень мало энергии от батареи. LORAN - пример такой системы.

Системы рабочего пространства

Они предназначены для охвата только ограниченного рабочего пространства, обычно нескольких кубических метров, но могут обеспечивать точность в миллиметровом диапазоне или лучше. Они обычно обеспечивают 6D положение и ориентацию. Примеры применения включают среды виртуальной реальности, инструменты выравнивания для компьютерной хирургии или радиологии и кинематографии (захват движения, движение матчей). Примеры: пульт Wii с сенсорной панелью, трекер Polhemus, решения для точного отслеживания движения InterSense.

Технологии

Существует множество технологий для определения положения и ориентации объекта или человека в комнате, здании или в мире.

Время полета

Системы времени полета определяют расстояние, измеряя время распространения импульсных сигналов между передатчиком и приемником. Когда известны расстояния по крайней мере трех мест, четвертое местоположение можно определить с помощью трилатерации. Глобальная система определения местоположения - пример. Оптические трекеры, такие как лазерные дальномерные трекеры, страдают от проблем с линией видимости, а на их производительность негативно влияет окружающий свет и инфракрасное излучение. С другой стороны, они не страдают от эффектов искажения в присутствии металлов и могут иметь высокие скорости обновления из-за скорости света. Ультразвуковые трекеры имеют более ограниченный диапазон из-за потери энергии с пройденным расстоянием. Кроме того, они чувствительны к ультразвуковым окружающим шумам и имеют низкую скорость обновления. Но главное преимущество в том, что они не нуждаются в прямой видимости. Системы, использующие радиоволны, такие как глобальная навигационная спутниковая система, не страдают от окружающего света, но все равно нуждаются в прямой видимости.

Различие фаз

Системы с разницами фаз измеряют сдвиг фазы поступающего сигнала от излучателя на движущейся цели по сравнению с фазой поступающего сигнала от эталонного излучателя. На этом можно рассчитать относительное движение излучателя по отношению к приемнику. Как и инерциальные датчики, системы с разницами фаз могут страдать от накопленных ошибок и, следовательно, подвержены дрейфу, но, поскольку фаза может измеряться непрерывно, они способны генерировать высокие скорости передачи данных. Омега (навигационная система) - пример.

Прямые полевые датчики

Системы прямого зондирования используют известное поле для определения ориентации или положения: простой компас использует магнитное поле Земли, чтобы узнать его ориентацию в двух направлениях.

Гибридные системы

Поскольку у каждой технологии есть свои плюсы и минусы, большинство систем используют более одной технологии. Система, основанная на изменениях относительного положения, как и инерционная система, нуждается в периодической калибровке по сравнению с системой с измерением абсолютного положения. Системы, сочетающие две или более технологий, называются гибридными системами позиционирования. Гибридные системы позиционирования - это системы для определения местоположения мобильного устройства с использованием нескольких различных технологий позиционирования. Обычно GPS (Global Positioning System) является одним из основных компонентов таких систем, в сочетании с сигналами сотовой вышки, сигналами беспроводного интернета, датчиками Bluetooth, IP-адресами и данными сетевой среды. Эти системы специально разработаны для преодоления ограничений GPS, который очень точен в открытых пространствах, но плохо работает в помещении или между высокими зданиями (эффект городского каньона). Сигналы сотовых вышек не препятствуют зданиям или плохой погоде, но обычно обеспечивают менее точное позиционирование. Системы позиционирования Wi-Fi могут давать очень точное позиционирование в городских районах с высокой плотностью Wi-Fi и зависят от всеобъемлющей базы данных точек доступа Wi-Fi. Гибридные системы определения местоположения все чаще изучаются для определенных гражданских и коммерческих услуг, основанных на местоположении, и средств массовой информации, основанных на местоположении, которые должны хорошо работать в городских районах, чтобы быть коммерчески и практически жизнеспособными. Ранние работы в этой области включают проект Place Lab, который начался в 2003 году и прекратил свою деятельность в 2006 году. Позже смартфоны смогли сочетать в себе точность GPS с низким энергопотреблением при поиске точек перехода идентификатора сотовой связи. В 2022 году была продемонстрирована система спутникового свободного позиционирования SuperGPS с более высоким разрешением, чем GPS, использующая существующие телекоммуникационные сети.