Способ и система позиционирования мобильного терминала внутри зданий на основе глонасс-подобного сигнала

Способ и система позиционирования мобильного терминала внутри зданий на основе глонасс-подобного сигнала

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к навигации на основе радиосигналов (к радионавигации) и может быть использовано для определения позиции в условиях, когда прием сигналов глобальных спутниковых навигационных систем (GNSS) затруднен или невозможен, например, при нахождении внутри зданий.

Уровень техники

Известно большое количество способов определения позиции приемника с помощью радиосигналов. Единого способа радионавигации, пригодного для позиционирования в любых условиях, не существует. Наиболее универсальным средством для определения местоположения пользователя является спутниковая навигация. Базовые принципы спутниковой навигации описаны в работе [1]. К сожалению, спутниковая навигация, несмотря на заявляемый глобальный характер, гарантирует точность позиционирования порядка единиц метров только на открытой местности, а внутри помещений может быть недоступна. Низкое качество и ограниченная доступность спутниковой навигации внутри помещений связаны с двумя фундаментальными факторами: со значительным ослаблением мощности спутникового сигнала внутри помещений перекрытиями и стенами здания и с отражением сигнала от стен и других объектов. Последний фактор приводит к многолучевому распространению радиоволн.

Технологии определения местоположения объекта, отличные от традиционной спутниковой навигации, принято называть альтернативными способами навигации. Именно такие технологии набирают все большую популярность в связи с возросшим спросом на навигацию внутри помещений.

Особо интересны альтернативные способы навигации, доступные для применения в мобильных устройствах, таких как, например, смартфон. Популярность той или иной альтернативной технологии позиционирования зависит от ряда факторов. Среди них: достигаемая точность и надежность, сложность поддержки в мобильном устройстве, влияющая на стоимость, необходимость дополнительной специальным образом развертываемой инфраструктуры. В ряде случаев, таких как навигация в крупных магазинах, аэропортах, вокзалах, музеях, выставочных центрах, желаемая точность позиционирования составляет десятки сантиметров. Одновременно с точностью к навигации в указанных местах предъявляются и другие требования, такие как надежность и минимальные пиковые ошибки. Неотъемлемой частью навигации внутри помещений является подробный план здания, как правило, загружаемый мобильным устройством через интернет.

Для повышения точности и надежности навигации на территории, где спутниковый сигнал может быть частично или полностью заблокирован, предложено несколько способов дополнения спутникового созвездия наземными передатчиками, чей сигнал полностью или частично напоминает сигнал спутников и может быть принят обычными либо специализированными приемниками. Известен способ, заключающийся в дополнении спутникового созвездия так называемыми псевдоспутниками (в английской терминологии pseudolite). Пример системы, реализующей данный способ, описан в патенте [2]. Предлагаемая система состоит из традиционных навигационных спутников, наземных передатчиков (псевдоспутников), корректирующих базовых станций и организованных между передатчиками и базовыми станциями каналов связи для передачи корректирующих данных. В патенте [2] перечисляется большое число радиочастотных диапазонов, в рамках которых возможно организовать каналы связи для обмена данными. Предполагается, что сигнал наземных передатчиков синхронизируется с сигналом навигационных спутников согласно тем же принципам, что используются и при синхронизации сигналов спутников. Достоинством данного способа является улучшение навигационного покрытия заданной территории и доведение точности навигации до уровня, сопоставимого с навигацией под открытым небом. Среди недостатков данного подхода в первую очередь следует отметить инфраструктурную сложность и дороговизну системы. Сложность и дороговизна системы вызваны необходимостью развертывания специальных базовых станций с поддержкой особого типа сигнала, на основе которого осуществляется синхронизация псевдоспутников. Другим существенным недостатком системы является нерешенная проблема многолучевого распространения. Третий серьезный недостаток - проблема кросскорреляционных помех, создаваемых друг другу С/А-сигналами спутников GPS (в англоязычной литературе данную проблему часто именуют "near/far problem"). Суть этой проблемы состоит в том, что короткий (1023 чипа) псевдослучайный код, используемый в GPS для кодового разделения сигналов спутников (английский термин Code Division Multiple Access или CDMA), приводит к перекрестным помехам GPS-сигналов на уровне до -21 дБ. Таким образом, относительно слабый сигнал одного из спутников, а также псевдоспутников может быть подавлен соизмеримой с ним или превосходящей его помехой, создаваемой сигналом другого спутника или псевдоспутника ([1], глава 4.3.4. "Cross-Correlation Functions and CDMA Performance"). Проблема кросскорреляций при использовании псевдоспутников GPS усугубляется относительно небольшим расстоянием между псевдоспутником и приемником, а также большой его относительной вариативностью. При работе с псевдоспутниками расстояние от приемника до одного из передатчиков, передающих навигационный сигнал, может оказаться во много раз меньше, чем расстояние до другого передатчика, что неминуемо приводит к большой разности мощностей сигналов псевдоспутников на входе приемника и соответственно к сильным помехам, причиняемым одному из сигналов. Проблема большого динамического диапазона сигнала возникает и при одновременном приеме сигналов псевдоспутника и обычного спутника. Слишком сильное приближение к передатчику псевдоспутника приводит к блокированию относительно слабого сигнала, излучаемого настоящим спутником GPS, а слишком сильное отдаление приводит к блокированию относительно слабеющего сигнала псевдоспутника сигналом настоящего спутника. Использование сигнала ГЛОНАСС с частотным разделением каналов снижает уровень помех, создаваемых одним спутником или псевдоспутником другому спутнику. Так, если несущие частоты спутников расположены на соседних литерах, максимальный уровень кросскорреляционной помехи составляет - 26 дБ, а если несущие разнесены на двойной шаг по частоте, то - 34 дБ. Очевидным недостатком частотного разделения каналов в соответствии со стандартом ГЛОНАСС является недостаточное количество каналов в пределах отведенной под них частотной полосы. Завершая перечисление недостатков системы [2] и лежащего в ее основе метода, следует также отметить проблему синхронизации со спутниками в тех зданиях, где нет возможности вынести на крышу наружную антенну.

Описанные выше проблемы частично решаются за счет отказа от глобальной синхронизации псевдоспутников по сигналам реальных спутников. Известен пример реализации подобной системы, изложенный в патенте [3]. Согласно данной идее, система работает автономно и не предполагает наличия реальных навигационных спутников. Входящие в систему псевдоспутники делятся на один ведущий и остальные ведомые (в английской терминологии master и slave). Часы ведомых псевдоспутников синхронизируются с часами ведущего. Для обеспечения синхронизации используется проводной интерфейс или иной способ, выходящий за рамки патента. Достоинством данного метода является несколько большая легкость инсталляции, так как система не предполагает синхронизации псевдоспутников с реальными спутниками. Недостатками данного метода, как и в предыдущем случае, являются инфраструктурная сложность, неизбежная для любого метода синхронизации псевдоспутников с точностью, сопоставимой с точностью синхронизации системы GPS. В дополнение к требованию высокой точности синхронизации инфраструктурные затраты на развертывание описываемой системы усугубляются отсутствием удобного канала синхронизации. Не решена в описываемой системе и проблема многолучевости и ограниченного динамического диапазона сигналов псевдоспутников (описанная выше near/far problem), что приводит к серьезным ограничениям в расположении передатчиков и к относительно небольшой зоне покрытия на их основе. Отдельно стоит отметить потенциальную несовместимость развертываемой системы псевдоспутников с существующими стандартными приемниками. Несовместимость связана с рядом опасностей передачи псевдоспутниками сигнала, в точности эквивалентного сигналу реальных спутников, в частности передаваемого на той же несущей частоте и образованного на основе той же псевдослучайной последовательности. Потенциальная алгоритмическая несовместимость сигнала псевдоспутника с программным обеспечением существующих приемников дополнительно ограничивает широкое применение псевдоспутников.

Известно несколько методов, позволяющих значительно упростить инфраструктурную сложность развертывания системы позиционирования на базе псевдоспутников. Один из таких методов описан, например, в патенте [4]. Согласно данному методу передатчики работают асинхронно, а присутствующий в системе дополнительный приемник, осуществляющий калибровку сигналов передатчиков, предназначен для выработки поправок к эфемеридам передатчиков, которые затем учитываются в пользовательских приемниках во время решения навигационной задачи. Достоинством данного метода является значительное удешевление системы. Среди недостатков метода можно отметить все те же проблемы с ограниченным динамическим диапазоном сигнала передатчиков, и как следствие, с ограниченной зоной действия системы. Кроме того, из-за многолучевости в дополнительном стационарном приемнике невозможно точно рассчитать поправки к сигналу, излучаемому асинхронными передатчиками. Совместно с проблемой многолучовости, проявляющейся в пользовательском навигационном приемнике, последнее обстоятельство приводит к серьезному ухудшению качества навигации. Еще одним недостатком является несовместимость с существующими приемниками. Инфраструктурная сложность хотя и уменьшается по сравнению с предыдущим методом, но остается достаточно высокой, так как необходимо обеспечить оперативную доставку эфемеридных поправок пользовательским приемникам. Дополнительным недостатком метода является пониженная точность позиционирования, связанная с задержками передачи поправок в пользовательские приемники. Также необходимость постоянного уточнения поправок посредством их передачи по мобильной или иной другой сети приводит к дополнительному трафику и энергопотреблению пользовательского приемника.

Известен другой метод, еще более упрощающий инфраструктуру системы навигации внутри помещений. При этом попыток синхронизировать или калибровать асинхронные передатчики не предпринимается вовсе. Данный принцип лег в основу GPS-подобных маяков IMES (Indoor Messaging System), стандартизированных в рамках интерфейсного документа QZSS (Quasi-Zenith Satellite System) - навигационной системы, разработанной авиационно-космическим агентством Японии JAXA [5]. В интерфейсном документе указаны два патента [6,7], описывающие базовые принципы построения данной и аналогичных ей систем локального позиционирования внутри помещений. В указанных патентах, а также в их аналогах, например [8], описывается система, состоящая как минимум из одного передатчика, излучающего сигнал в полосе, используемой спутниковой навигационной системой, при этом в качестве коротких эфемерид передатчик сообщает свои координаты. Система не предполагает использования передатчиков для вычисления навигации в дальномерном или фазовом режиме. Другим серьезным отличием этих передатчиков от псевдоспутников является передача альтернативной позиционирующей информации. По сути, передатчик IMES является не псевдоспутником, а маяком, передающим Cell-ID. Предполагается, что аппаратная часть традиционных навигационных приемников, изначально рассчитанная на прием только сигнала GPS, тем не менее, может принимать и сигнал QZSS/IMES, так как с т.з. модуляции перечисленные сигналы аналогичны. Достоинством описываемого подхода является наименьшая инфраструктурная сложность размещения передатчиков, а также совместимость с аппаратным дизайном приемников, разработанных до появления стандарта IMES. Очевидным недостатком системы является резкое ухудшение точности позиционирования, так как точность определения позиции фактически равна зоне действия передатчика IMES. Другим недостатком системы IMES является наполнение полосы GPS сигналом, коррелированным с уровнем до -21 дБ с традиционными сигналами спутников GPS. Как следствие, стандартные приемники воспринимают кросскорреляционные наводки сигналов IMES как сигнал с настоящих навигационных спутников. Говоря шире, сигнал IMES может восприниматься существующими приемниками как помеха, имитирующая спутниковые сигналы.

Известен ряд методов локального позиционирования, описывающих систему, принципиально отличную и несовместимую с принципами, используемыми в навигационных приемниках. Данные методы, такие как навигация по традиционным точкам доступа Wi-Fi, по базовым станциям сотовой связи, по передатчикам радио и телевизионного вещания и т.д., обеспечивают точность позиционирования, сопоставимую или более худшую, чем точность навигации по IMES. Основным достоинством данных методов является отсутствие дополнительных усилий для развертывания системы позиционирования. При использовании данных методов предполагается, что базовые станции и/или точки доступа Wi-Fi уже присутствуют в необходимом количестве для навигации внутри зданий. Этот факт может привести к тому, что навигация будет носить негарантированный, случайный характер. Следует отдельно подчеркнуть недостаток навигации по прерывистым сигналам, либо по сигналам, сканируемым неодновременно (типичный пример такой навигации - позиционирование по точкам доступа Wi-Fi по принципу "fingerprinting"), заключающийся в трудности или невозможности выполнять навигацию позиционируемого объекта в движении.

Актуальность гарантированной высокоточной навигации в зданиях (indoor) побуждает индустрию добавлять поддержку локального позиционирования в коммуникационные стандарты, изначально не ориентированные на решение навигационных задач. Наиболее серьезным образом локальное позиционирование поддержано в стандарте IEEE 802.15.4 [9], а также в стандарте ISO на RTLS (Real-Time Locating Systems) [10]. Одно из несомненных достоинств стандарта IEEE 802.15.4 - использование специального вида модуляции - UWB (Ultra-Wide Band) с шириной полосы 499.2 МГц. Использование сверхширокой полосы сигнала позволяет увеличить разрешающую способность измерения расстояния до 1.2 м, что при навигации дальномерным методом теоретически позволяет достичь точности 0.6 м даже в условиях многолучевости (при наличии прямого луча). Стандартом предусматривается как измерение псевдодальностей (по измерениям времени прихода сигнала в одном направлении), так и определение полноценных дальностей до позиционирующих приемопередатчиков (измерение суммарной задержки распространения сигнала в обоих направлениях). Недостатками данной технологии являются эксплуатационные ограничения, накладываемые стандартом IEEE 802.15.4 (в первую очередь, ограниченная зона действия передатчика - до 10 м), и большая дополнительная работа, необходимая для поддержки приемником навигации по UWB, являющейся в стандарте IEEE 802.15.4 опциональной. Кроме того, точность позиционирования в реальных приемниках может существенно ухудшиться из-за проблематичной процедуры самокалибровки передатчиков при измерении абсолютных дальностей ([9], глава ЕЛ.6) и из-за проблем постоянной временной калибровки при использовании традиционного метода навигации, основанного на вычислении псевдодальностей до позиционирующих приемопередатчиков. Следует также отметить технологические проблемы, связанные со сверхширокой полосой сигнала, что делает проблематичным применение данного стандарта в портативных устройствах.

Известны методы повышения точности спутниковой и псевдоспутниковой навигации как вне, так и внутри помещений за счет дополнительного усложнения инфраструктуры. Основным методом повышения точности навигации до сантиметрового уровня является метод Real Time Kinematic или RTK ([1], глава 8.4. "Carrier-Based Techniques"). В ряде реализаций RTK помимо удорожания инфраструктуры повышается стоимость и пользовательского приемника (требуется двухчастотный прием GPS сигнала в диапазонах L1 и L2). Кроме того, эффективность RTK напрямую связана с возможностью первичного (приблизительного) определения местоположения приемника, которое затем уточняется. Основу RTK составляет фазовый метод определения координат, а также фазовое сопровождение и коррекция псевдодальностей спутников. Навигация с использованием фазового метода сопровождения описана, например, в патенте [11]. В указанном патенте описывается подвижная платформа, выделяющая из сигнала GPS различные измерительные данные и производящая подстройку одних типов данных по другим типам данных. Предлагается, например, подстройка задержки сигнала спутника (delay) в ответ на изменение фазы и так далее. Фазовое сопровождение позволяет позиционировать приемник с сантиметровой точностью относительно стартовой точки, с которой началось движение. Другим достоинством фазового метода навигации является существенно лучшая точность в условиях многолучевого распространения сигнала. В то же время определение точных координат стартовой точки фазовым методом является нетривиальной задачей, так как фаза сигнала без применения специальных методов разрешения фазовой неоднозначности позволяет определить лишь дробную часть числа длин волн, укладывающихся в определяемой приемником псевдодальности до передатчика. Специфика применения метода RTK в псевдоспутниках комплексно рассмотрена в [12]. В этой работе приводится ряд предложений, как решать проблему фазовой неоднозначности RTK (определения целого количества длин волн в псевдодальностях), предлагаются различные алгоритмы самокалибровки. Безусловным достоинством метода RTK в известных его реализациях является повышение точности навигации до сантиметрового уровня и относительно высокая защита от многолучевости (при сильном прямом луче). Основным недостатком известных методик реализации RTK является отмеченное выше совокупное удорожание системы позиционирования, а также проблема определения стартовой позиции.

Известен метод позиционирования на основе фазовых измерений по принципу интерферометра, представляющий собой один из вариантов реализации принципа триангуляции. Данный метод также является одним из вариантов реализации определения угла прихода сигнала (в англоязычной литературе - Angle of Arrival (АоА), а также Direction Finding). Пример реализации подобного метода изложен в патенте [13]. В патенте описывается система из двух и более базовых станций с массивом антенн, принимающих сигнал мобильного передатчика и вычисляющих направляющий угол на основе разности фаз несущей этого сигнала, полученных на выходе каждой из антенн. Согласно предлагаемому патентом методу фазовые измерения дополнительно взвешиваются при помощи линейных и нелинейных функций, а прием сигнала мобильного передатчика обеспечивается за счет специального протокола или набора сообщений, передаваемых мобильным передатчиком базовым станциям. Определение местоположения приемника в плане осуществляется путем нахождения точки пересечения лучей, соответствующих направлению сигнала с мобильного устройства, определенному каждой базовой станцией. Преимуществом данного метода является отсутствие проблемы фазовой неоднозначности благодаря малому расстоянию между антенными элементами (рекомендуется расставлять антенные элементы с шагом в полдлины волны). Недостатком метода является возрастание ошибки позиционирования по мере удаления позиционируемого объекта от массива антенн, а также необходимость постоянного излучения сигнала позиционируемым объектом.

Известен способ позиционирования на основе фазовых измерений по принципу Direction Finding, согласно которому для определения направления на объект используется несколько антенн передатчиков и одна антенна в навигационном приемнике. В отличие от предыдущего метода позиция приемника определяется через углы излучения (УИ) позиционирующих передающих устройств. Данный метод в англоязычной литературе имеет аббревиатуру AoD (Angle of Departure). Метод определения координат объекта по углам излучения (УИ) с двух и более передатчиков хорошо известен в авиации (используется в курсовых радиомаяках). Определение УИ возможно разными способами, среди которых для локального позиционирования наиболее точным и устойчивым к многолучевости, является метод на основе измерения разности фаз сигналов, приходящих с антенных элементов передатчика. Это означает, что сигналы с различных антенных элементов передатчика определенным образом разделяются в приемнике. В случае частотного разделения сигналов (английский термин Frequency Division Multiple Access(FDMA)) измерение разности фаз принимаемых сигналов может быть осложнено нелинейностью фазовой характеристики приемника. При разделении сигналов по времени (английский термин Time Division Multiple Access(TDMA)) измеряемая разность фаз может быть искажена нестабильностью доплеровского смещения, причина которой - перемещение объекта с ускорением, а также шум источника опорного колебания (например, Temperature Compensated crystal Oscillator (TCXO)). При кодовом разделении сигнала (CDMA) возможны сильные перекрестные помехи (near/far problem), также способные существенно сказаться на фазовых измерениях. Преимуществом данного метода является пассивный режим работы позиционируемого навигационного устройства, так как все сигналы излучаются радиомаяками, а не самим устройством. Недостатком метода, как и в предыдущем случае, является деградация точности позиционирования, пропорциональная удалению от маяков, а также пониженная надежность в движении. Другим серьезным недостатком метода является его неработоспособность при слабом прямом сигнале радиомаяка и сильном отраженном сигнале.

Известны метод и система позиционирования в здании по принципу измерения УИ, позволяющие уменьшить количество многоантенных передающих маяков вплоть до одного устройства. Данные метод и система описаны в патенте [14]. Согласно патенту в системе присутствуют передатчики, каждый из которых передает индивидуальный сигнал и подключен к отдельной антенне, а также приемник, способный различить сигналы передатчиков и использующий дополнительные ограничения на систему (например, определенное вертикальное расположение приемника) для вычисления позиции. Благодаря дополнительным ограничениям описанный метод и реализующая его система теоретически способны определить не только угловые координаты объекта относительно каждого из маяков, но и расстояние до маяка. Система, таким образом, позволяет определять координаты объекта даже по одному маяку. Преимуществом данного метода является сокращение количества радиомаяков. Недостатком системы является невозможность гарантировать соблюдение дополнительных ограничений - в первую очередь определенной высоты расположения навигационного приемника, который может быть в мобильном телефоне. При несоблюдении налагаемых на систему ограничений (условий) точность позиционирования объектов ухудшается пропорционально отступлению от априорно предполагаемых условий. Другим серьезным недостатком описанных угломерных систем навигации, ориентированных на фазовый метод измерений, является, как и в предыдущем случае, их неработоспособность при слабом прямом сигнале радиомаяка и сильном отраженном сигнале.

Анализ известных на сегодняшний день методик позиционирования внутри помещений показывает, что позиционирование с помощью псевдоспутников, передающих непрерывный шумоподобный сигнал, теоретически позволяет достичь наилучшей точности, причем как в статике, так и в динамике, но для достижения надежной метровой и субметровой точности в помещении с большим количеством радиоотражающих и радионепроницаемых объектов требуется разместить большое количество маяков. В то же время, размещение большого количества маяков помимо ценового фактора ведет к сильным кросскорреляционным помехам, свойственным С/А коду GPS. Также установка большого количества маяков в помещении неизбежно сказывается на точности определения местоположения и при использовании альтернативных способов позиционирования. Наличие в зоне видимости приемника большого количества передающих маяков ведет к ухудшению качества навигации, связанному с неизбежными взаимными помехами, создаваемыми излучаемым маяками сигналом.

Известен ряд методов, направленных на снижение кросскорреляционных помех, создаваемых сигналами, идентичными или аналогичными сигналу С/А GPS. В патенте [15] предлагается моделировать помеху, создаваемую шумоподобным сигналом, сформированным на основе одного псевдослучайного кода, сигналу, сформированному на основе другого псевдослучайного кода, затем вычитать предсказанное значение помехи из результатов корреляции входного сигнала со вторым кодом. Достоинством данного метода является снижение кросскорреляционного воздействия друг на друга сигналов, разделяемых по принципу CDMA, и, как следствие, частичное решение "near/far problem". Основным недостатком метода применительно к навигации по сильному сигналу псевдоспутников является необходимость отслеживать все "вычитаемые" сигналы псевдоспутников, число которых может превысить имеющееся в приемнике количество каналов сопровождения.

Известен метод, понижающий взаимные кросскорреляционные помехи шумоподобных сигналов за счет увеличения длины кодовой последовательности и одновременно частотной полосы, занимаемой навигационным сигналом. Примером такого метода является Р-код GPS. Данный метод можно считать наиболее перспективным для реализации новых систем навигации по псевдоспутникам внутри помещений, однако применительно к существующим гражданским навигационным приемникам использовать данный метод невозможно, так как в них Р-код GPS не поддерживается. Другим примером реализации такого метода является сигнал El Galileo, длина кода которого в четыре раза превышает длину С/А-кода GPS. Достоинством и одновременно недостатком решения кросскорреляционной проблемы в сигнале Е1 является снижение коэффициента кросскорреляции между навигационными сигналами на 6 дБ, но эту величину нельзя считать достаточной для навигации в помещениях с использованием большого количества маяков.

Известен метод, понижающий взаимные кросскорреляционные помехи шумоподобных сигналов за счет излучения указанных сигналов по принципу TDMA. Данный метод описан в патенте [16]. Более развернутое описание метода и реализующей его системы приведено в патенте [17]. Основной идеей данного метода является попеременное излучение навигационных сигналов, по аналогии с временными слотами TDMA. Как и в других описанных выше системах позиционирования на базе псевдоспутников, система согласно патенту [17] включает в себя мобильный терминал, способный принимать сигнал псевдоспутников и содержащий базу данных с информацией о расположении входящих в систему псевдоспутников. По аналогии с радиолокацией такой режим излучения называют импульсным режимом. Достоинством данного метода и системы является решение кросскорреляционной проблемы на уровне сигнально-кодовой конструкции. Недостатками данного метода и системы являются: необходимость большого количества временных слотов для разделения соответствующего количества сигналов псевдоспутников, энергетические потери для каждого из разделяемых сигналов, пропорциональные их скважности, ухудшение фазового сопровождения по прерывистым сигналам, особенно проявляющееся в движении.

Анализ известных на сегодняшний день методов позиционирования внутри зданий показывает отсутствие среди них высокоточного, надежного и одновременно малозатратного решения, легко интегрируемого в существующие продукты.

Метод и реализующая его система, описанные в патенте [17], наиболее близки к предлагаемым и выбраны в качестве прототипа.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является предложение способа точного и надежного позиционирования внутри зданий, предусматривающего размещение внутри зданий специальных передающих устройств (маяков) и не требующего серьезных изменений спутниковых навигационных приемников или иных компонентов, содержащихся в мобильных устройствах, таких как, например, смартфон, а также системы для осуществления данного способа. Второй составной частью решаемой задачи является минимизация затрат на развертывание инфраструктуры в крупных помещениях, таких как аэропорт, торговый комплекс или офисный центр, а также исключение помех существующим навигационным приемникам. Важной особенностью решаемой задачи является повышение защищенности от кросскорреляционных помех между шумоподобными сигналами, передаваемыми на одной и той же несущей частоте, и обеспечение совместимости с существующими навигационными приемниками.

Для решения поставленной задачи в известном способе позиционирования, заключающемся в синхронизированном излучении стационарными передатчиками навигационных шумоподобных сигналов на одной или нескольких несущих частотах, их приеме мобильным терминалом и последующем расчете позиции мобильного терминала, в качестве навигационных шумоподобных сигналов используют М-последовательность, начало которой для разных сигналов, передаваемых на одной и той же несущей частоте, сдвигают по времени на разную величину, отличающуюся на два или более элемента М-последовательности.

Для решения поставленной задачи сигнал передатчиков помимо мобильного терминала принимают в стационарных приемниках с известным местоположением, где из принятого сигнала выделяют информацию о фактическом сдвиге начала М-последовательности, сдвиге частоты и фазы несущей в излучаемом каждым передатчиком сигнале относительно других передатчиков. Затем сообщают выделенную информацию передатчикам. В передатчиках сравнивают требуемую и фактическую информацию о сдвиге начала М-последовательности, сдвиге частоты и фазы несущей относительно других передатчиков. На основе полученной разницы корректируют начало М-последовательности, частоту и фазу несущей в передаваемом сигнале и обеспечивают, таким образом, идентичность требуемых и фактических сдвигов.

Для решения поставленной задачи перед расчетом позиции мобильного терминала в его память загружают информацию об ожидаемых сдвигах М-последовательностей в сигналах всех передатчиков. На основе указанной информации выбирают подлежащие сопровождению сигналы передатчиков, среди которых присутствуют сигналы, передаваемые на одной и той же несущей частоте, принимают сигналы выбранных передатчиков, вычисляют фактический сдвиг начала М-последовательности, значения частоты и фазы несущей, сравнивают фактический сдвиг с ожидаемым, вычисляют несовпадение фактических и ожидаемых сдвигов. Затем на основании вычисленных ошибок определяют углы излучения сигналов, передаваемых передатчиками, работающих на одной и той же частоте, а также псевдодальности до этих передатчиков.

Возможны различные варианты реализации изложенного способа, а также их комбинация. В одном из вариантов данного способа предлагается использовать М-последовательность, идентичную псевдослучайному дальномерному коду сигнала стандартной точности ГЛОНАСС с периодом 1 мс и скоростью передачи символов 511 кбит/с, при этом цифровую информацию, содержащуюся в навигационном сигнале, передают со скоростью 1000/N бит/с, где N - целое число, больше 3. Такой сигнал в дальнейшем называется ГЛОНАСС-подобным.

Еще в одном варианте данного способа несущую частоту передатчиков определяют по формуле:

F_carrier=F₀+K_L·dF_L+K_SubL·dF_SubL

где F₀ - базовая несущая частота диапазона L1 системы ГЛОНАСС, равная 1602 МГц, K_L - литер частоты, dF_L - частотный интервал ГЛОНАСС, равный 562.5 кГц, K_subL - индекс дополнительной поднесущей, принимающий значение 0, ±1, ±2, dF_subL - интервал между дополнительными поднесущими в кГц, равный K/N или K/(N-2), где K - целое число, удовлетворяющее соотношению: N<K<2·N.

В другом варианте данного способа навигационные сигналы передают на свободных литерных частотах спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС, не занятых сигналами спутников.

В следующем варианте данного способа граница бита передаваемой в навигационном сигнале передатчика цифровой информации не совпадает с началом М-последовательности.

Еще в одном варианте данного способа границы бита в навигационном сигнале, передаваемом несколькими передатчиками, совпадают по времени.

В другом варианте данного способа каждому передатчику ставят в соответствие зону синхронизации с определенным рангом, при этом начало М-последовательности, фазу несущей и значение несущей частоты передатчиков с более низким рангом синхронизации корректируют в соответствии с началом М-последовательности, фазы несущей и значением несущей частоты передатчиков с более высоким рангом синхронизации.

Кроме того, в одном из вариантов данного способа излучаемый передатчиками сигнал содержит дополнительную цифровую информацию, предназначенную для обеспечения взаимной синхронизации передатчиков.

Еще в одном варианте данного способа сигнал, содержащий дополнительную цифровую информацию, передают на несущей частоте и модулируют псевдослучайным кодом, не совпадающими с несущей частотой и псевдослучайным кодом излучаемого передатчиком ГЛОНАСС-подобного навигационного сигнала, при этом сигнал, содержащий дополнительную цифровую информацию, передают синхронизированным с ГЛОНАСС-подобным навигационным сигналом.

В системе позиционирования мобильного терминала внутри зданий на основе ГЛОНАСС-подобного сигнала, реализующей данный способ, по сравнению с известной системой, содержащей несколько стационарных передатчиков навигационных шумоподобных сигналов с заранее известным местоположением, соединенных с соответствующими антеннами, а также мобильный терминал с неизвестным местоположением, способный принимать спутниковый навигационный сигнал и определять на основании принятого сигнала свое местоположение, внесены следующие изменения и дополнения. Стационарные передатчики шумоподобных сигналов способны излучать сигнал стандартной точности ГЛОНАСС, а мобильный терминал способен принимать сигнал стандартной точности ГЛОНАСС. Система также содержит один или несколько стационарных приемников с известным местоположением, способных принимать указанный сигнал, соединенных с соответствующими антеннами, причем число стационарных приемников меньше числа стационарных передатчиков.

Стационарные передатчики и приемники вместе с соответствующими антеннами объединены в устройства, называемые маяками, при этом в одном маяке содержится один приемник, один или несколько передатчиков, тактовый генератор и коммуникационный модуль. При этом выход коммуникационного модуля соединен с первым входом приемника и первым входом всех передатчиков, расположенных в маяке, выход приемника соединен со вторым входом всех расположенных в маяке передатчиков, выход тактового генератора соединен с третьим входом всех передатчиков, расположенных в маяке, и со вторым входом приемника.

Каждый содержащийся в системе маяк является автономным устройством, все перечисленные компоненты которого (передатчики, приемник, коммуникационный модуль и тактовый генератор) размещаются внутри радиопрозрачного корпуса маяка, выступающего в роли единой несущей конструкции для всех компонентов маяка, при этом антенны передатчиков и приемника размещаются на определенном расстоянии друг относительно друга.

Кроме того, в одном варианте данная система включает сервер с доступной для мобильного терминала базой данных, содержащей координаты маяков, устанавливаемые сдвиги начала М-последовательности, фазы несущей и значения несущей частоты сигналов передатчиков, а также зоны синхронизации и схему взаимодействия между ведущими и ведомыми передатч