Технологии

Использование технологии псевдоспутников в умных городах

22 Августа 2023
Использование 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.


Подписывайтесь на журнал «Вестник ГЛОНАСС» и навигационный Telegram-канал

Короткая ссылка:  vestnik-glonass.ru/~YDwDn
11.03.2025
В Экспоцентре города Москвы 22 апреля 2025 года состоится XVIII Международный навигационный форум - «Навитех-2025». Это ключевое событие в сфере использования навигационных и космических информационных технологий в России и странах ЕАЭС. В 2025 году программа форума направлена на комплексное развитие навигационной сферы, а также на интересы крупных заказчиков, производителей, интеграторов, разработчиков и поставщиков. Цель — построение прозрачного и предметного двустороннего сотрудничества.
28.02.2025
В Московском физико-техническом институте (МФТИ) создан испытательный центр, который будет заниматься тестированием спутников формата CubeSat.
21.01.2025
Ученые лаборатории космических систем и технологий Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН» с помощью спутниковых сигналов навигационных систем ГЛОНАСС, GPS, Galileo и Beidou исследовали ледовый покров озер Иткуль и Шира в заповеднике Хакассии. В результате удалось получить информацию о толщине ледового покрова, его прочности, влажности, солености и температуры.
16.01.2025
Специалисты Центра исследования и разработки беспилотного транспорта подготовили рабочее место для аналитиков в салоне трамвая. Они тестируют базовые функции, а также установленные камеры, радары и лидары. Последние позволяют определять расстояние до объектов с точностью до двух сантиметров и обеспечивают обзор на 360 градусов.

СТАТЬИ ГЛОНАСС

НАВИГАЦИОННОЕ ПРАВО. Отрасль ли или фикция?
В юридической науке и нормотворческой практике применяется широко термин «отрасль права/отрасль законодательства». Одни теоретики их отождествляют, то есть полагают синонимами. Другие, различая право и закон, полагают их различными. То есть соотносящимися как содержание и форма. Практикам-«неюристам» эта дискуссионность неинтересна. Для них важен качественный нормативный документ как инструмент повседневной деятельности. Но на деле этот кажущийся схоластическим вопрос имеет вполне земное значение, касающееся каждого из нас. Особенно ярко это проявляется в сфере навигации, когда уже поголовно все население, исключая грудничков, обладает смартфонами, а значит, потенциально все эти владельцы – «субъекты персональной навигации». О классическом транспорте и субъектах еще более 50 видов экономической деятельности говорить не приходится. Не будет преувеличением сказать, что «география» применения навигационной информации, как продукта одного конкретного вида экономической деятельности, стала самой широкой в жизнедеятельности общества, обогнав связь и энергетику.
Необходим поиск отечественных специалистов в области кибербезопасности сельского хозяйства
Перспективы реализации дорожной карты одного из направлений Национальной технологической инициативы (НТИ) в области сельского хозяйства, по просьбе журнала «Вестник ГЛОНАСС», оценил эксперт в навигационно-информационной сфере Семён Видный. В современных, быстроизменяющихся условиях особого решения требуют вопросы безопасности (направление SafeNet), тем более на таком значимом для государства агросекторе. В этом направлении на данный момент – огромное количество профессиональных участников. Но большинство из них используют иностранные наработки, что в настоящий момент и на перспективу неприемлемо. Также все профессионалы никогда не занимались этим специфическим сектором экономики – сельским хозяйством. Так что здесь придётся ещё поискать участников.