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.
A positioning system is a system for determining the position of an object in space. One of the most well known and commonly used positioning systems is the Global Positioning System (GPS). Positioning system technologies exist ranging from worldwide coverage with meter accuracy to workspace coverage with sub millimeter accuracy.
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.