Helymeghatározó technikák

Átírás

1 Mobil Informatika Dr. Kutor László Helymeghatározó technikák MoI 5/24/1

2 Műholdas távközlési rendszerek GEO (Geostationary Earth Orbit Satellite) Geostacionáris pályán keringő távközlési műhold Magassága: Km Szolgáltatások: -távbeszélő és adatátvitel - rádió és TV programok szétosztása (Eutelsat, Intelsat) - hang és kép műsorszórás DRS (Digital Satellite Radio) DAB (Digital audio Broadcasting) DVB (Digital Video Broadcasting) - nemzetközi és nemzeti műholdas műsorszórás hálózata VSAT(Very Small Aperture Terminal) (parabola átmérő <1 m) - kereskedelmi szolgáltatások (pl. video konferencia, távoktatás) MoI 5/24/2

3 VSAT-ra alkalmas fontosabb műhold rendszerek INTELSAT teljes Földre kiterjedő rendszer több mint 120 ország több mint 1700 földi állomás, 19 műhold Frekvenciák: fel le (GHz) C sáv 6 4 K sáv EUTELSAT Európa és környezete, 6 műhold Frekvenciák: fel le (GHz) INMARSAT Európa, Ázsia, Amerika,Óceánia, 4 műhold kis földrajzi sűrűségeknél, nagy távolságot bejáró járműveknél, kormányzati és katonai összeköttetéseknél Frekvenciák: fel le (GHz) Gorizont FÁK országok, katonai műholdak MoI 5/24/3

4 MEO (Medium Earth Orbit) Közepes magasságú műholdas keringési pálya Magasság: Km Műholdak száma: Adatátviteli sebesség: 16 kbit/s Szolgáltatások: -műholdas globális távközlési rendszer (pl: ICO (Inmarsat Circular Orbit) ami a PCS (Personal Communication Services)-re készült - Földrajzi pozicionálás (GPS) - Távközlési hálózatok szinkronizálása Services) MoI 5/24/4

5 LEO (Low Earth Orbit Satellite) Alacsony magasságú távközlési műholdak Magasság: Km Műholdak száma: Adatátviteli sebesség: 2.4 kbit/s Szolgáltatásaik: hasonlóak a földi cellás rendszerekhez Tipikus rendszerek: Globalstar Iridium (Motorola) (60 műhold) GMPCS (Global Mobile Personal Communication by Satellite) MSPCS (Mobile Satellite Personal Communication MoI 5/24/5

6 A helyfüggő szolgáltatások előnyei Kereskedelmi Szolgáltatások Pl.Helyfüggő kereskedelmi kínálatok -mozi, étterem, benzinkút, gyógyszertár Érték (tárgy) követés / Flotta követés Segélyhívó szolgáltatások.. Elveszett gyermekek megtalálása Bűnözők követése MoI 5/24/6

7 A helyfüggő szolgáltatások típusai Biztonság Sürgősségi szolgáltatások Közlekedési segélyszolgálat Információk Életstílus információk Információk eseményekről Forgalmi információk Számlázás Helyfüggő számlázás Lakóhelyszerinti számlázás Esemény zámlázás Nyomkövetés Flotta Flottakövetés Érték Értékkövetés Személykövetés MoI 5/24/7

8 A helymeghatározás pontossága(1) A különböző helyfüggő alkalmazás különböző szintű pontosságot igényel. Flotta követés Közlekedési segélyszolgálat m / 5 perc, híváskor Forgalmi információk Csomag követés Cella / híváskor Autóvezetési irányok 30 m / 5 mp Helyfüggő számlázás, Mobil telefonkönyv 250 m / híváskor MoI 5/24/8

9 Alkalmazás, pontosság, a helymeghatározás gyakorisága(1) Alkalmazás Mobil telefonkönyv Forgalmi információk Helyfüggő üzenetek Flotta követés Csomag követés Autóvezetés irányok Pontosság az alkalmazás megindításához Pontosság a tömeges elfogadáshoz Cella/Szektor 250 m Nincs 500 m 125 m Nincs Cella/Szektor 250 m Nincs Cella/Szektor Cella/Szektor Nincs Cella/Szektor 125 m Cella/Szektor m Nincs Cella/Szkctor Cella/Szektor Igen Szükség van célberendezésre? SMS vagy adatkapcsolat Cél: Versenyképes árak Segítség küldés Mi van közel hozzám? Milyen a forgalom? Hirdetés, figyelem felhívás Erőforrás menedzsment Helyfüggő számlázás Közlekedési segélyszolgálat Helymeghatározás, irányítás A helymeghatározás gyakorisága Hívás kezdeményezéskor, hívás fogadáskor, vagy hívások között Hívás kezdeményezéskor Hívás kezdeményezéskor Hívás kezdeményezéskor vagy minden 5 mp-ben. Hívás kezdeményezéskor vagy minden 5 mp-ben. Minden 5 mp-ben, vagy igény szerint Igény szerint 125 m 30 m Igen Minden 5 mp-ben. MoI 5/24/9

10 Helymeghatározó technológiák Műholdas helymeghatározás Cella eredetű helymeghatározás (Global Positioning Satellites (GPS)) (Cell of Origin (COO)) Megérkezési időre alapuló helymeghatározás Time of Arrival (TOA) Megérkezési irányra alapuló helymeghatározás Angle of Arrival (AOA) Időkülönbség megfigyelés Enhanced Observed Time Difference (E-OTD) Intelligens hálózati helymeghatározás Intelligent Network (IN) MoI 5/24/10

11 Műholdas helymeghatározás (Global Positioning Satellites (GPS)) A helyzet információk: GPS vevő Kommunikáció a bázisállomással: mobil telefon (GSM) Benefon GSM/ GPS rendszer MoI 5/24/11

12 Cella eredetű helymeghatározás (Cell of Origin (COO)) Jellemzői: Hálózat központú A bázisállomás helye = a hívó helye Legelterjedtebb technológia. Leggyorsabb válaszidő. Pontosság a cellamérettől függ MoI 5/24/12

13 Megérkezési időre alapuló helymeghatározás Time of Arrival (TOA) Jellemzői: A jel bázisállomáshoz érkezési idejét méri Hálózat közontú Az idő szinkronizáláshoz GPS-t vagy atomórát használ. Magas szinkronizálási költségek MoI 5/24/13

14 Megérkezési irányra alapuló helymeghatározás Angle of Arrival (AOA) Jellemzők: Cellánként 4-12 különálló antenna tömbre van szükség. Az antennáktól való látószögekbők számolható a távolság A távolsággal az érzékelési hiba nő Terjedési tényezők torzítása Bázisállomás esztétikai problémák MoI 5/24/14

15 Időkülönbség megfigyelés Enhanced Observed Time Difference (E-OTD) Jellemzői: Hasonló a megérkezési idő alapú helyzet meghatározáshoz (TOA) (a jel terjedés idejét méri) Terminal központú (csak a mobil készülék végzi a méréseket) Fontos a mobil készülék és a bázisállomás szinkronitása MoI 5/24/15

16 Intelligens hálózati helymeghatározás Intelligent Network (IN) Jellemzők: Intelligens összekötetés/átjáró a helymeghatározó tehcnológiák és alkalmazások között Mindig a legalkalmasabb helymeghatározást választja az alkalmazáshoz MoI 5/24/16

17 Helymeghatározó technológiák összehasonlítása Technológia Hálózat vagy kézi készülék Előnyök GPS Kézi készülék A GPS használat ingyenes COO Hálózat A mobil készülék és a hálózat változatlan TOA Hálózat Létező hálózati jellemzőket használ AOA Hálózat E-OTD Hálózat IN Hálózat Megnövekedett pontosság A hálózat változatlan A legalkalmasabb helymeghatározási technológiát alkalmazza Hátrányok Új mobil készülék Relatív pontatlan Relatív pontatlan, időszinkronizálás költsége Bonyolult antennák Módosított mobil készülék Összetett rendszer MoI 5/24/17

18 Műholdas helymeghatározás GPS (NAVSTAR)(Global Positioning System) Jellemzői: -USA DOD (Department of Defense) -24 műhold (12 milliárd USD) -pályamagasság: km, -keringési periódus: 12 óra -6 keringési pálya (4 műhold/pálya) dőlésszöge 55 fok az egyenlítőhöz -vivőfrekvenciák: Mhz és Mhz -moduláció: fázisváltós (műhold élettartam: 7.5 év) -pontossági osztályok: (egy vevővel) CA (Coarse Acquisition) (25-35m) P (Precise) katonai, (15-25m), Y védett katonai -pontosság több vevővel: DGPS (Differential) (<1m)(~cm) -CA kód tartalma 1023 bit, frekvenciája MHz -P kód frekvenciája MHz MoI 5/24/18

19 Műholdas helymeghatározó rendszerek Navstar = GPS (USA), Glonast (RU), GALILEO (EU) Galileo program fázisok Tervezés Megvalósítás (teszt) Csoportos telepítés Szolgáltatások 2010-től Miben különbözik: Polgári célú Növelt pontosság (~m) A működési garancia Jobb lefedettség MoI 5/24/19

20 GPS alkalmazások Főbb kategóriák: Szállítás, Közlekedés (légi-, közúti-, vasúti-, tömeg-), Tengerészet, Halászat Energia ipar, Építőipar, Távközlés, Személyvédelem, Pénzügy, Biztosítás, Biztonság technika, Idő referencia, Tudomány, Mezőgazdaság, Környezetvédelem, Szórakoztató ipar Fogyatékkal élők támogatása (AAL) Személyi tájékozódás támogatás látáskorlátozottaknak Altzheimer betegek téri tájékozódása Út tervezés kerekesszékeseknek Egészségügyi távfelügyeleti és sürgősségi szolgáltatások kibővítése valósidejű helymeghatározással Valós idejű hangbemondás közlekedési járműveken MoI 5/24/20

21 Műholdpályák a GPS rendszerben MoI 5/24/21

22 A GPS működésének összetevői 1. Helymeghatározás 2. Távolságmérés s = v t MoI 5/24/22

23 3. Pontos időmérés -10 -a műholdon atomórával (1+3 tartalék) pontossága cézium atom 9.2 GHz ammónia atom GHz napi kétszeri korrekció lehetőségével -földi készüléknél több mérésből adódó korrekcióval 4. A műholdpályák pontos ismerete 5. Hiba korrekciók ionoszférikus késleltetés atmoszférikus késleltetés vevőkészülék hibái MoI 5/24/23

24 GPS mondat felépítése $GPGGA,101234, ,N, ,E,1,06,0.9,102.2,M,46.9,M,,*7E $ yitó karakter GP PS adat azonosító GGA mondat neve: Globális Helymeghatározó rendszer Rögzített Adatokkal műhold rendszer ideje: 10:12: Szélességi koordináta N A szélesség típusa: N vagy S Hosszúsági koordináta E Hosszúság típusa: E vagy W 1 Jel minősége: 0=érvénytelen, 1= GPS, 2=DGPS 06 Műholdak száma (a jel előállításához) 0.9 Vízszintes pozíció tágítás Tengerszint feletti magasság M A tengerszint feletti magasság mértékegysége (Méter) 46.9 A WGS 84-es földi ellipszis és a tengerszint magassága közötti különbség (Geodial Separation) M A GS mértékegysége (Méter) 7E Ellenőrző karakterek MoI 5/24/24