Радиолокация

Эта статья включает в себя список общих ссылок , но он остается в значительной степени непроверенным, поскольку в нем отсутствует достаточное количество соответствующих встроенных ссылок . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью, добавив более точные цитаты. ( Февраль 2019 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Радиолокация , также известная как радиолокация или радиопозиционирование , - это процесс определения местоположения чего-либо с помощью радиоволн . Обычно это относится к пассивным применениям, особенно к радарам, а также к обнаружению подземных кабелей, водопроводов и других коммунальных услуг . Это похоже на радионавигацию , но под радиолокацией обычно подразумевается пассивное обнаружение удаленного объекта, а не активное собственное местоположение. Оба типа радиоопределения . Радиолокация также используется в системах определения местоположения в реальном времени (RTLS) для отслеживания ценных активов.

Основные принципы [ править ]

Объект можно найти, измерив характеристики принимаемых радиоволн. Радиоволны могут передаваться объектом, который нужно определить, или они могут быть волнами обратного рассеяния (как в радаре или пассивном RFID ). Стад искатель использует радиолокации , когда он использует радиоволны , а не ультразвука .

Один метод измеряет расстояние, используя разницу в мощности принимаемого сигнала (RSSI) по сравнению с мощностью исходного сигнала. Другой метод использует время прибытия (TOA), когда время передачи и скорость распространения известны. Объединение данных TOA от нескольких приемников в разных известных местоположениях (разница во времени прибытия, TDOA) может обеспечить оценку местоположения даже при отсутствии информации о времени передачи. Угол прихода(AOA) на приемной станции можно определить с помощью направленной антенны или по разному времени прибытия на решетку антенн с известным местоположением. Информация AOA может быть объединена с оценками расстояния из методов, описанных ранее, для определения местоположения передатчика или обратного рассеивателя. В качестве альтернативы, AOA на двух приемных станциях с известным местоположением устанавливает положение передатчика. Использование нескольких приемников для определения местоположения передатчика известно как мультилатерация .

Оценки улучшаются, когда характеристики передачи среды учитываются в расчетах. Для RSSI это означает электромагнитную проницаемость ; для TOA это может означать прием вне прямой видимости .

Использование RSSI для определения местоположения передатчика от одного приемника требует, чтобы были известны как передаваемая (или обратно рассеянная) мощность от объекта, который должен быть обнаружен, так и характеристики распространения промежуточной области. В пустом пространстве мощность сигнала уменьшается как обратный квадратрасстояния для расстояний, больших по сравнению с длиной волны и по сравнению с обнаруживаемым объектом, но в большинстве реальных условий может возникнуть ряд нарушений: поглощение, преломление, затенение и отражение. Поглощение незначительно при распространении радиоволн в воздухе на частотах менее примерно 10 ГГц, но становится важным на частотах много ГГц, где могут быть возбуждены вращательные молекулярные состояния. Рефракция важна на больших расстояниях (от десятков до сотен километров) из-за градиентов влажности и температуры в атмосфере. В городских, горных или закрытых помещениях препятствия из-за препятствий и отражения от близлежащих поверхностей очень распространены и способствуют многолучевости.искажение: то есть отраженные и задержанные копии переданного сигнала объединяются в приемнике. Сигналы с разных путей могут складываться конструктивно или деструктивно: такие изменения амплитуды известны как замирание . Зависимость мощности сигнала от положения передатчика и приемника становится сложной и часто немонотонной, что делает оценки местоположения одним приемником неточными и ненадежными. Мультилатерация с использованием множества приемников часто сочетается с калибровочными измерениями («снятие отпечатков пальцев») для повышения точности.

Измерения TOA и AOA также подвержены ошибкам из-за многолучевого распространения, особенно когда прямой путь от передатчика к приемнику заблокирован препятствием. Измерения времени прибытия также являются наиболее точными, когда сигнал имеет отчетливые зависящие от времени характеристики на интересующей шкале, например, когда он состоит из коротких импульсов известной длительности, но преобразование ФурьеТеория показывает, что для изменения амплитуды или фазы за короткий промежуток времени сигнал должен использовать широкую полосу пропускания. Например, для создания импульса длительностью около 1 нс, что примерно достаточно для определения местоположения с точностью до 0,3 м (1 фут), требуется полоса пропускания примерно 1 ГГц. Во многих регионах радиочастотного спектра излучение в такой широкой полосе частот не разрешено соответствующими регулирующими органами, чтобы избежать помех другим узкополосным пользователям спектра. В Соединенных Штатах нелицензионная передача разрешена в нескольких диапазонах, таких как промышленные, научные и медицинские диапазоны ISM 902–928 МГц и 2,4–2,483 ГГц , но передача с высокой мощностью не может выходить за пределы этих диапазонов. Однако в некоторых юрисдикциях теперь разрешено использование сверхширокополосной связи.передача в полосе частот ГГц или нескольких ГГц с ограничениями на передаваемую мощность для минимизации помех другим пользователям спектра. СШП-импульсы могут быть очень узкими по времени и часто обеспечивают точные оценки TOA в городских условиях или в помещениях.

Радиолокация используется в самых разных промышленных и военных сферах. Радиолокационные системы часто используют комбинацию TOA и AOA для определения положения объекта обратного рассеяния с помощью одного приемника. В доплеровской РЛС , то доплеровский сдвиг также принимается во внимание, определяя скорость , а не места (хотя это помогает определить местоположение будущего). Системы определения местоположения в реальном времени RTLS с использованием откалиброванного RTLS и TDOA коммерчески доступны. Широко используемая система глобального позиционирования ( GPS ) основана на TOA сигналов со спутников в известных положениях.

Мобильные телефоны [ править ]

Радиолокация также используется в сотовой телефонии через базовые станции . Чаще всего это делается посредством трилатерации между радиовышками . Местоположение звонящего или трубки можно определить несколькими способами:

• угол прихода ( AOA ) требует наличия как минимум двух башен, размещая вызывающего в точке, где пересекаются линии, идущие по углам от каждой башни
• разница во времени прибытия ( TDOA ) соотв. время прибытия ( TOA ) работает с использованием мультилатерации , за исключением того, что именно сети определяют разницу во времени и, следовательно, расстояние от каждой башни (как с сейсмометрами )
• подпись местоположения использует « отпечатки пальцев » для хранения и вызова шаблонов (например, многолучевого распространения), которые, как известно, проявляются сигналы мобильных телефонов в разных местах в каждой ячейке

Первые два зависят от прямой видимости , что может быть затруднено или невозможно в гористой местности или вокруг небоскребов . Однако в этих условиях сигнатуры местоположения работают лучше . Сети TDMA и GSM, такие как Cingular и T-Mobile, используют TDOA.

Сети CDMA, такие как Verizon Wireless и Sprint PCS, как правило, используют технологии радиолокации на основе мобильных телефонов, которые технически более похожи на радионавигацию. GPS - одна из таких технологий.

Композитные решения, требующие как телефонной трубки, так и сети, включают:

• GPS с поддержкой ( беспроводной или ТВ ) позволяет использовать GPS даже в помещении
• Расширенная трилатерация прямого канала ( A-FLT )
• Отчет об измерении времени / сети ( TA / NMR )
• Расширенная наблюдаемая разница во времени ( E-OTD )

Изначально цель любого из них в мобильных телефонах состоит в том, чтобы точка ответа службы общественной безопасности (PSAP), которая отвечает на звонки на номер телефона службы экстренной помощи, могла знать, где находится звонящий и куда именно следует отправить службы экстренной помощи . Эта возможность известна в NANP ( Северная Америка ) как служба 911 с улучшенной беспроводной связью . Пользователи мобильных телефонов могут иметь возможность разрешить отправку собранной информации о местоположении на другие телефонные номера или сети передачи данных, чтобы они могли помочь людям, которые просто потерялись или нуждаются в других услугах на основе определения местоположения.. По умолчанию этот параметр обычно отключен в целях защиты конфиденциальности .

Международное регулирование [ править ]

Радиолокационная служба (сокр: RLS ) - в соответствии со статьей 1.48 из Международного союза электросвязи (МСЭ) Регламент радиосвязи (РР) ^[1] - определяется как «A службы радиоопределения для целей радиолокации .»

Классификация [ править ]

Эта служба радиосвязи классифицируется в соответствии с Регламентом радиосвязи МСЭ (статья 1) следующим образом:
Служба радиоопределения (статья 1.40)

• Радиолокационная служба (статья 1.48)
  • Радиолокационно-спутниковая служба (статья 1.49)

В радиолокационной службе отличает в основном

• Радиолокационная мобильная станция сухопутная-мобильная, аэромобильная, морская-мобильная (статья 1.89)
• Наземная радиолокационная станция (артикул 1.90)

Примеры [ править ]

• Наземный радар ( параболическая антенна )
• Наземный радар ( радар с активной фазированной решеткой )
• Наземный радар ( РЛС управления огнем FuMG 39 «Würzburg» )
• Морская мобильная РЛС ( Фрегат Гамбург)
• Аэромобильная РЛС ( Boeing E-3 Sentry )
• Наземно- мобильный радар (Air Surveillance Radar TRML-3D)

См. Также [ править ]

• Определение местоположения в реальном времени
• обнаружение молнии

Ссылки [ править ]

• « Методы обработки сигналов в сетевом позиционировании », Г. Сунь, Дж. Чен, В. Го и К. Лю, Журнал обработки сигналов IEEE v. 22 № 4, стр. 12 июля 2005 г.
• « Определение местоположения узлов: совместная локализация в беспроводных сенсорных сетях », Н. Патвари и др., Журнал IEEE Signal Processing, т. 22, № 4, с. 54, июль 2005 г.
• « Внутренний канал распространения радио », Х. Хашеми, Труды IEEE, т. 81, № 7, с. 943 (1993)
• «Моделирование распространения радиоволн для систем беспроводной связи вне помещения и внутри помещений», М. Искандер, З. Юн и З. Чжан, IEEE Antennas and Propagation Society, AP-S International Symposium (Digest) v 2 2001. p 150-153