Источник: http://zhurnal.gpi.ru/articles/2001/084.pdf
В настоящее время в мире наметилась тенденция создания систем позиционирования (определения местоположения абонента) на основе
сотовых систем радиосвязи. Более того, в некоторых странах операторы сетей связи будут обязаны предоставлять информацию о местоположении абонентов
экстренным и другим службам в случае необходимости. В частности, в США Федеральной Комиссией по связи (FCC) был принят закон, обязывающий операторов
связи с 2002 года сообщать службе 911 координаты абонентов с точностью 125м (в 80% случаев).
Методы определения координат в локальных наземных системах можно условно разделить на три главных группы (а также их комбинации):
1. Метод, основанный на использовании спутниковых приёмников GPS. Применение данного метода ограничено затрудненным приёмом
спутниковых сигналов внутри зданий и необходимостью доработки абонентских трубок приёмниками GPS.
2. Угломерный метод. Основан на измерении углов прихода сигнала от трубки на две и более базовые станции и вычислению местоположеения абонента
по пересечению этих направлений. Для реализации этого метода требуется установка сложных антенных систем на базовые станции для определения
углов прихода сигнала.
3. Разностно-дальномерный метод. Основан на измерении времён прихода абонентского сигнала на три и более базовые станции, вычислении их
разностей, которые домножением на скорость света преобразуются в разность расстояний, и по пересечению полученных линий положения
(гиперболам) вычислении местоположения абонента. Данный метод определения местоположения принят в качестве основы для систем
позиционирования в большинстве разрабатываемых сейчас сотовых систем связи.
На данный момент системы, использующие описанные принципы работы активно развиваются, но всё же на пути их реализации стоит немало проблем.
Одной из главных технических проблем видится следующая: Основная часть населения сосредоточена в городах, где условия распространения сигнала
имеют сложный характер. Сигнал, излученный передатчиком, вследствие затухания и переотражений от препятствий, может придти на приёмник с
совершенно иного, по сравнению с истинным, направления и с некоторой задержкой.
Таким образом, основным источником ошибок местоопределения в городских условиях является многопутность (многолучёвость) распространения
радиосигналов (т.е. уровень прямого сигнала от абонента, принятый базовой станцией, бывает намного меньше уровня сигнала, переотражённого от
различных объектов). Приход на базовую станцию переотражённого сигнала вместо прямого может привести к значительной ошибке позиционирования,
поскольку этот сигнал приходит с другого направления (возможно, даже, с диаметрально противоположного) и с некоторой задержкой по сравнению с
прямым сигналом. Эти ошибки могут достигать значения 300 м и более, что не соответствует современным требованиям к системам позиционирования.
Для повышения точности позиционирования подвижных объектов
предлагается использовать метод, основанный на использовании сигнатур. Под
сигнатурой сигнала будем понимать уникальный вид принятого сигнала (т.е.
зависимость от времени амплитуды и фазы сигнала на выходе приёмника),
обусловленный взаимным расположением передатчика и приёмника и
условиями распространения сигнала (ослабление и многолучевое
распространение). Следует отметить, что, с одной стороны, многолучевое распространение
радиосигнала существенно повышает ошибку определения координат
традиционными методами (угломерным и разностно-дальномерным), но, с
другой стороны, вид принятого сигнала, обусловленный условиями
распространения (т.е. его сигнатура) уникален в каждой из точек пространства.
Таким образом, многолучевое распространение сигнала порождает большое
количество дополнительной информации, позволяющей однозначно
пеленговать передатчик с точностью до долей длины волны. Основная задача
состоит в том, как эффективно использовать эту информацию. Задача
осложняется ещё тем, что сигнатура сигнала может существенно измениться
при перемещении передатчика на расстояние 20 см (Испытания проводились с
использованием сигнала полосой 5 МГц на частоте 915 МГц), а также тем, что
сигнатура сигнала сильно зависит от расположенных рядом с передатчиком
объектов. Такими объектами могут быть находящиеся рядом автомобили и
другие люди, кроме того, сигнатура может сильно меняться от взаимного
расположения владельца передатчика и самого передатчика. Понятно, что при
таких условиях производить калибровку и вести базу данных сигнатур
затруднительно. Описанные причины являются основными, по которым
использование сигнатур пока не внедряется широко в системы
позиционирования.
В этой системе была реализована база данныхсигнатур, формировавшаяся за счёт калибровочных замеров (автомобиль, оборудованный приёмником GPS, работающем
в дифференциальном режиме, и эталоном времени перемещался по дорогам, входящим в зону действия системы, а базовые станции, тоже имеющие эталон времени,
вели непрерывный приём и запись сигнала). По утверждению разработчиков, для определения местоположения автомобиля, данной системе достаточно всего одной
базовой станции, а точность определения местоположения превосходит требования FCC. Таким образом, в данной системе происходит эффективное использование
сигнатур. Но, тем не менее, следует ожидать, что при нахождении рядом с передающей антенной посторонних предметов, при заезде автомобиля во дворы, для
которых не была произведена калибровка, и, тем более, при использовании передатчика независимо от автомобиля (особенно внутри помещений) система,
построенная по такому принципу, будет давать многочисленные сбои. Но даже в таком виде, для систем, подобных RadioCamera, существует множество
применений (например, навигация и слежение за автотранспортом на заданных маршрутах, для которых произведена калибровка системы).