ローカル測位技術。 パートI

RTLS（リアルタイムロケーションシステム、リアルタイムロケーションシステム）の使用は、タスクと目標によって異なります。 適切なシステムを選択するには、多くのテクノロジーのどれが機能するかに基づいて理解する必要があります。

RTL-Service会社はそのようなソリューションの開発に従事しているため、定期的にさまざまな展示会に参加し、さまざまなローカルポジショニングシステムの市場を分析し、必要な調査を実施しています。 その過程で、ローカル測位技術の多かれ少なかれ完全な分類の欠如という問題に直面し、それに関連してそれを作成しようとしました。



ローカルポジショニングのための主要な技術グループをさらに詳しく開示し、特定された利点と欠点のより詳細な説明、これらの技術で使用される主要な方法を強調すると便利なようです。

• レーダー技術。
• 慣性位置決めテクノロジー。
• 磁場の変化に基づく技術。
• 光学技術。
• 超音波テクノロジー。

I.したがって、いくつかのサブグループを含む最も広範なグループはレーダーテクノロジーです。 この記事で検討することを提案します。



無線周波数は、オブジェクトの位置を決定するために無線信号が使用される技術です。 そのようなテクノロジーには以下が含まれます。



1） UWBは、無線周波数チャネルが500 MHzを超えるか、中央変調周波数の値の20％を含むすべての無線周波数技術です。 この技術に基づいて、RTLSシステムは高い位置精度が特徴です。 説明されている技術の主な利点は、複雑な形状と多くの干渉がある部屋で効率を維持できることです。



利点：

• 高レベルのノイズ耐性。
• 伝送の検出が困難（セキュリティが高い）。
• 他の通信との実質的な干渉なし。
• 周波数が高いほど精度は高くなりますが、アクションの半径は小さくなります。

短所：

• 小さな作用半径（最大10 m）;
• 高度なインフラストラクチャ。
• GPS干渉;

使用されるメソッド：TDoA / ToA / AoA / ToF。



2） Wi-Fiは、通常数十メートルをカバーする中距離データ伝送技術であり、ライセンスのない周波数範囲を使用してネットワークへのアクセスを提供します。 Wi-Fiはもともとローカルポジショニングテクノロジーとしての使用を目的としていないため、標準ネットワークはアクセスポイントにのみ正確な情報を提供するため、ポジショニングの精度を向上させるために、RSSiまたは他の特殊な方法（TDoAなど）が使用されます。



利点：

• 広範囲に;
• 機器の低コスト。

短所：

• 精度を上げるには、基地局の密度を上げる必要があります。
• Wi-Fiブロードキャストの輻輳。
• 特別なWi-Fi拡張機能を使用している場合でも（理想的な条件では3〜5メートル、実際には10〜15メートル）、多くのタスクの位置精度が不十分

使用される方法：RSSi / TDoAに基づく。



3） WiMax-都市規模のワイヤレスネットワーク（「ラストマイル」テクノロジーの実装）。 これは、2つの周波数範囲で動作する技術です（2〜11 GHz-基地局を加入者に接続するため、10〜66 GHz-基地局間で見通し内の長距離にデータを送信するため）。

このテクノロジーは、当初、位置の特定（Wi-Fiなど）には適合していません。



利点：

• カバレッジエリア（数キロメートル）;
• 信頼性
• 高スループット。

短所：

• 高価な機器とメンテナンス。
• 低い位置決め精度。

使用される方法：RSSi / OTDoAに基づく。



4） MiWiは、マイクロチップが開発したワイヤレスプロトコルで、短距離でのデータ伝送を備えた低コストの無線ネットワークを構築するように設計されています。 実際、ZigBeeの単純化された類似物です。



利点：

• ZigBeeプロトコルスタックの安価な代替品です。
• メモリが限られている低コストのネットワークデバイスにとって理想的なソリューションです。
• ライセンスなしで会社から提供されます（MRF24J40トランシーバーとMicrochipマイクロコントローラーの使用を条件とします）。
• メッセージの暗号化をサポートします。
• メッシュネットワーク、ピアツーピア接続、およびその他のトポロジをサポートします。

短所：

• 追加のソフトウェアをインストールする必要性。
• 独自の技術;
• 費用のかかるサービス。
• データ転送速度が遅いと、ネットワークセグメントのサイズが制限されます。

使用される方法：RSSiに基づく。



5） ZigBeeは、ワイヤレスパーソナルネットワーク用のIEEE 802.15.4標準に基づいた、小型で低電力のデジタルトランシーバーを使用した一連の高レベル通信プロトコルの標準です。 ZigBeeは、比較的低速での安全なデータ送信の保証と、自律電源（バッテリー）からのネットワークデバイスの長期動作の可能性を必要とする無線周波数デバイス向けに設計されています。



利点：

• シンプルなネットワークトポロジ（ポイントツーポイント、ツリー、スター）と、リレーおよびメッセージルーティングを備えたメッシュトポロジの両方をサポートしています。
• アプリケーションの要件とネットワークの状態に応じて、ルーティングアルゴリズムを選択する機能が含まれています。
• 展開、保守、アップグレードが簡単。
• 自己組織化および自己修復機能。
• 低消費電力。

短所：

• 低データレート。

使用される方法：RSSi / TDoA / ToFに基づく。



6） NFER（近接場電磁測距）は、タグ送信機と1つ以上の受信デバイスを使用する比較的新しい測位技術です。 この技術は、電磁場の電気成分と磁気成分の間の位相シフトが放射アンテナからの距離とともに変化するという事実に基づいています。

小型の（波長に対して）アンテナの近くでは、電波場の電気および磁気成分の位相が90度ずれています。 アンテナからの距離が長くなると、この差は小さくなります。 アンテナから十分な距離で、位相シフトはゼロに近づきます。

受信機と送信機間の最適な距離測定は、波長の半分以内にあります。 したがって、十分に長い距離を提供するために、タグ送信機は比較的低い周波数を使用する必要があります。 通常、1 MHz（波長300 m、最適距離150 mまで）から10 MHz（波長30 m、最適距離15 mまで）からです。 周波数の選択に応じて、NFERは最大300メートルの距離で最大30 cmの精度を達成する可能性があります。



利点：

• 複雑な形状の部屋での使用に適しています。
• 20〜30メートルの距離で0.5〜1メートルの精度で（理論上）位置決め。

短所：

• アンテナ効率が比較的低い。 最も効果的なアンテナは、波長に見合ったもので、通常は1/4波長のモノポールです。 NFERの場合、このようなアンテナのサイズは数十メートルである必要があり、これは受け入れられません。
• アンテナの不整合により、送信機の出力を増加させる必要があり、タグの寸法と重量が比較的大きくなります。

7） NanoLOCは、 NanoNETの旧バージョンと多くの点で類似したNanotronテクノロジーです。 数百メートルの距離で毎秒1メガビットの情報転送速度に加えて、この技術によりトランシーバー間の距離を決定できます。 距離を決定する際の誤差は2メートルであり、これにより、トランシーバーが他の同様のトランシーバーに対してどこにあるかを判別できます。 3次元座標系で決定する必要がある場合、4つ（またはそれ以上）のNanoLOCトランスミッタが必要になります。NanoLOCトランスミッタの位置座標は既知です。



利点：

• 最大100 mWの電力で、免許不要の範囲で動作する能力。
• 位置を決定するために使用される方法は、精度を低下させてサービスエリアの境界外のオブジェクトをローカライズする機能を提供します。
• 豊富な既製ソフトウェア（オープンソースコード付き）。
• 信号の自己相関特性により、この技術は外部ノイズに耐性があります。

短所：

• セグメント内のデバイス数の制限。
• 独自の技術。

使用される方法：RSSi / TDoA / ToFに基づく。



8） DECT -GMSK変調（BT = 0.5）を備えた1880-1900 MHzの周波数での無線通信技術。最新のコードレス電話で使用されます。 このテクノロジーにより、特定の基地局の精度で、特定のソフトウェアを使用せずに、特定のベースステーションの精度で、またオープンスペースまたはシステムのサービスエリア内にある専用ソフトウェアのある施設内で5-10メートルの精度で、オブジェクトの位置を特定できます。 ほとんどの技術と同様に、構造材料の構造が不均一な構造で作業する場合、精度が大幅に低下します。



利点：

• DECTネットワークの簡単な展開。
• 特別なメンテナンスは必要ありません。
• ライセンスは不要です。
• 固定企業電話システムとの良好な統合。

短所：

• 比較的狭い通信範囲（標準自体による電力制限のため）;
• 低データ転送速度。
• 専用の機器が必要です。

使用される方法：RSSiに基づく。



9） セルラーネットワークでのポジショニング -起点セル法に基づいたオブジェクトの位置の決定-加入者が接続されているセルの座標による。 位置決めの精度は、セルの半径によって決まります。 いわゆる「ピコセル」の場合、100〜150メートルで、ほとんどの場合1キロメートル以上です。 精度を数十メートルに高めるには、EoTD / OTDoAメソッドを使用する必要があります。



利点：

• モバイルオペレーターの既存のインフラストラクチャを使用する機能。

短所：

• ライセンスされた周波数範囲。
• 低い位置決め精度。

使用される方法：EoTD / OTDoA。



10） Bluetooth -2.4-2.4835 GHzの周波数範囲で動作する短距離無線パーソナルエリアネットワーク（WPAN）の仕様。 Bluetoothでは、信号の搬送周波数が1秒あたり1600回擬似ランダムに変化します。これにより、近接したデバイスグループの動作に関する問題が回避され、データ転送のセキュリティが向上します。



利点：

• 安全性とノイズ耐性の向上。
• 低消費電力（BLE）;
• 安価な機器;
• モジュールのコンパクトさ。

短所：

• 高精度のロケーションを達成できない。

使用される方法：RSSiに基づく。



以下は、RFテクノロジーの概要表です。





作成者：Alevtina Oskolkova



次の記事では、他のローカルポジショニングテクノロジーについて説明します。