Экспериментальное исследование многопозиционной СШП системы для определения координат персонала, находящегося внутри помещения.

Московский авиационный институтНаучно-исследовательский центр сверхширокополосных

технологий МАИ

Новиков А.В.

Научно-технический семинар"Подповерхностная радиолокация и дистанционное обнаружение

людей с помощью радиолокационных средств"

МГТУ им. Н.Э. Баумана 5 февраля 2009

Russian UWB Grouphttp://www.uwbgroup.ru

Задачи системы

•Контроль местоположения персонала (до 200 человек) на предприятии или производстве с повышенной степенью опасности.•Мониторинг персонала в помещениях предприятия, находящихся в зданиях и сооружениях.•Темп обновления информации о местоположении каждого сотрудника - пять секунд.•Среднеквадратическая ошибка определения местоположения, не более 0,3 м.

Построение системы

Основные проблемы и пути их решения

•Устранение влияния сигналов, переотраженных внутри помещений, на кодовые сигналы системы.Использование сигналов с малой длительностью (сверхширокополосных сигналов)•Высокая точность измерения интервалов времени.Использование время-цифровых преобразователей с предельно малой ошибкой измерения интервалов времени•Высокая степень синхронизации между элементами системы.Схемные и технологические решения, обеспечивающие необходимую степень синхронизации•Поддержание стабильного уровня принимаемого сигнала, независимо от расположения приемников и маячка персонала. Постоянный автоматический контроль и поддержание относительного уровня порога в приемных устройствах.

Устранение влияния сигналов, переотраженных внутри помещений, на кодовые сигналы системы

Маячок

Приемникt

Высокая точность измерения интервалов времени.

TDC-GP1 TDC-GP2

Количество каналов: 2 (1) 2 (1)

Разрешение по времени (величина младшего значащего разряда (LSB)):работа с 1-м каналомработа с 2-мя каналами

125пс (объединение двух каналов в один)

250пс (в каждом канале)

65пс (в канале)65пс (в каждом канале)

СКО измерений 87,5пс (0,7*LSB=0,7*125пс) 50пс

Измерительный диапазон:Диапазон 1Диапазон 2

3нс – 7,6мкс60нс – 200мс

3,5нс – 1,8мкс500нс – 4мс

Количество регистрируемых событий для 1-го измерительного диапазона:

До 8 событий(4 на канал)

До 8 событий(4 на канал)

Возможность калибровки: да да

Стоимость: ~40$ ~14$

Поддержание стабильного уровня принимаемого сигнала

Источник ошибки измерения связанный с разным моментом пересечения порога импульсами с разной амплитудой

t

Разносно – дальномерный (гиперболический) метод

22

22

22

21

21

212112 )()()()()()( zZyYxXzZyYxXRRR

23

23

23

21

21

213113 )()()()()()( zZyYxXzZyYxXRRR

24

24

24

21

21

214114 )()()()()()( zZyYxXzZyYxXRRR

ijR cR ijij

ZYX ,,

iii zyx ,,

Где :

- разность хода до i-го и j-го приемника, которая определяется, как

- координаты маячка в пространстве;

- координаты i-го приемника в том же базисе координат.

Проведение эксперимента

Экспериментальное исследование системы произведено с помощью макета.Принятые для макета упрощения:•Макет определяет координаты маячка только в одном помещении•Макет работает только с одним маячком•Маячок макета излучает непрерывную импульсную последовательность вместо кода

Структурная схема макета.

МК

Приемник

Маячок

USB

data

Stop 1 Stop 2 Stop 3 , 4

ВЧ -кабель

Start

Приемник Приемник Приемник

Модуль ВЦП

ВЦП 1 ВЦП 2 ВЦП 3 ВЦП 4

Расположение приемников в помещении.

Внешний вид устройств.

Маячок Приемник

Модуль ВЦП

Схема эксперимента.

1 м 1 м

2,75 м

5,5 м

3,6

м

3 м

1 м 1,

6 м 2,

6 м

0,1

7 м

1,5

5 м

2,7

м

Точки проверки мостоположения радиометки

Местоположение приемников

Заключение.

Потенциальная расчетная среднеквадратическая ошибка определения местоположения маячка в одной плоскости , составила 5 см.Экспериментальная среднеквадратическая ошибка определения местоположения маячка в одной плоскости 6,9 см. Проведенные эксперименты показали возможность создания многопозиционной сверхширокополосной системы оперативного контроля местоположения

персонала в помещении или здании.