Konumlandırma Sistemi - Positioning system

Bir konum belirleme sistemi belirlemek için bir mekanizma pozisyon içinde bir nesnenin uzay . Bu görev için teknolojiler, metre doğruluğu ile dünya çapında kapsama alanından milimetre altı doğrulukla çalışma alanı kapsamına kadar uzanmaktadır.

Kapsam

gezegenler arası sistemler

Gezegenler arası radyo iletişim sistemleri sadece uzay araçlarıyla iletişim kurmakla kalmaz, aynı zamanda konumlarını belirlemek için de kullanılır. Radar , Dünya'nın yakınındaki hedefleri izleyebilir, ancak derin uzaydaki uzay aracının, bir radyo sinyalini geri yansıtmak için gemide çalışan bir transponder olması gerekir . Oryantasyon bilgileri, yıldız izleyiciler kullanılarak elde edilebilir .

Küresel sistemler

Ana madde: Küresel navigasyon uydu sistemi

Küresel navigasyon uydu sistemleri (GNSS), özel radyo alıcılarının 3 boyutlu uzay konumlarını ve zamanlarını 2-20 metre veya onlarca nanosaniye hassasiyetle belirlemesine olanak tanır. Halihazırda konuşlandırılmış sistemler, yalnızca açık havada güvenilir bir şekilde alınabilen ve Dünya yüzeyinin çoğunu ve Dünya'ya yakın alanı kaplayan mikrodalga sinyalleri kullanır.

Mevcut ve planlanan sistemler şunlardır:

Bölgesel sistemler

Kara tabanlı konumlandırma vericilerinin ağları, özel radyo alıcılarının Dünya yüzeyindeki 2 boyutlu konumlarını belirlemesine izin verir . Genellikle GNSS'den daha az doğrudurlar çünkü sinyalleri tamamen görüş hattı yayılımıyla sınırlı değildir ve yalnızca bölgesel kapsama sahiptirler. Bununla birlikte, özel amaçlar için ve yeraltı ve iç mekanlar dahil olmak üzere sinyallerinin daha güvenilir bir şekilde alındığı ve çok düşük pil gücü tüketen alıcıların oluşturulabileceği bir yedek olarak faydalı olmaya devam ederler. LORAN böyle bir sistemin bir örneğidir.

Yerel sistemler

Bir yerel konum belirleme sistemi ( LPS ), her türlü hava koşulunda, ağın kapsama alanı içinde herhangi bir yerde, engelsiz bir görüş hattının bulunduğu ve dünyadaki kesin konumu bilinen üç veya daha fazla sinyalizasyon fenerine konum bilgisi sağlayan bir navigasyon sistemidir. .

Aksine GPS veya diğer küresel seyrüsefer uydu sistemleri , yerel konumlandırma sistemleri küresel kapsama sağlamaz. Bunun yerine, sınırlı bir menzile sahip (bir dizi) işaret kullanırlar, bu nedenle kullanıcının bunlara yakın olmasını gerektirir. Fenerleri dahil hücresel baz istasyonu , Wi-Fi ve LIFI erişim noktalarını ve radyo yayın kuleleri .

Geçmişte, uzun menzilli LPS'ler gemilerin ve uçakların navigasyonu için kullanılıyordu. Örnekler Decca Navigator System ve LORAN'dır . Günümüzde, yerel konumlandırma sistemleri, özellikle GPS'in ulaşmadığı veya zayıf olduğu alanlarda, örneğin binaların içlerinde veya kentsel kanyonlarda , GPS'e tamamlayıcı (ve bazı durumlarda alternatif) konumlandırma teknolojisi olarak sıklıkla kullanılmaktadır . Hücresel ve yayın kulelerini kullanarak yerel konumlandırma , GPS alıcısı olmayan cep telefonlarında kullanılabilir. Telefonda GPS alıcısı olsa bile baz istasyonu konum doğruluğu yeterliyse pil ömrü uzayacaktır. Ayrıca Pooh's Hunny Hunt ve Mystic Manor gibi izsiz eğlence gezilerinde de kullanılırlar .

Mevcut sistemlerin örnekleri şunları içerir:

İç mekan sistemleri

Ana madde: İç mekan konumlandırma sistemi

İç mekan konumlandırma sistemleri, bireysel odalar, binalar veya şantiyelerde kullanım için optimize edilmiştir. Genellikle santimetre doğruluğu sunarlar. Bazıları 6 boyutlu konum ve yön bilgisi sağlar.

Mevcut sistemlerin örnekleri şunları içerir:

Çalışma alanı sistemleri

Bunlar yalnızca sınırlı bir çalışma alanını, tipik olarak birkaç metreküpü kapsayacak şekilde tasarlanmıştır, ancak milimetre aralığında veya daha iyi doğruluk sunabilir. Tipik olarak 6 boyutlu konum ve yönlendirme sağlarlar. Örnek uygulamalar arasında sanal gerçeklik ortamları, bilgisayar destekli cerrahi veya radyoloji için hizalama araçları ve sinematografi ( hareket yakalama , maç taşıma ) sayılabilir .

Örnekler: Sensör Barlı Wii Remote , Polhemus Tracker, Hassas Hareket İzleme Çözümleri InterSense.

Yüksek performans

Yüksek performanslı konumlandırma sistemi , bir nesneyi (alet veya parçayı) altı serbestlik derecesinde, istenen bir yol boyunca, istenen bir yönelimde, yüksek hızlanma , yüksek yavaşlama , yüksek hız ve düşük oturma süresi ile sorunsuz ve doğru bir şekilde hareket ettirmek için üretim süreçlerinde kullanılır. . Hareketini hızlı bir şekilde durdurmak ve hareket eden nesneyi minimum titreşim ile istenen son konumuna ve yönüne doğru bir şekilde yerleştirmek için tasarlanmıştır.

Örnekler: yüksek hızlı takım tezgahları , lazer tarama , tel bağlama , Baskılı devre kartı incelemesi, laboratuvar otomasyon testi, uçuş simülatörleri

teknolojiler

Bir odadaki, binadaki veya dünyadaki bir nesnenin veya kişinin konumunu ve yönünü belirlemek için birden fazla teknoloji mevcuttur.

akustik konumlandırma

Ana madde: Akustik konumlandırma

Uçuş süresi

Uçuş süresi sistemleri, bir verici ve alıcı arasındaki darbeli sinyallerin yayılma süresini ölçerek mesafeyi belirler. En az üç konumun mesafeleri bilindiğinde, trilaterasyon kullanılarak dördüncü bir konum belirlenebilir . Küresel Konumlandırma Sistemi bir örnektir.

Lazer mesafeli izleyiciler gibi optik izleyiciler, görüş hattı sorunlarından muzdariptir ve performansları ortam ışığı ve kızılötesi radyasyondan olumsuz etkilenir. Öte yandan, metallerin varlığında bozulma etkilerinden etkilenmezler ve ışık hızı nedeniyle yüksek güncelleme oranlarına sahip olabilirler.

Ultrasonik izleyiciler , kat edilen mesafe ile enerji kaybı nedeniyle daha sınırlı bir menzile sahiptir. Ayrıca ultrasonik ortam gürültüsüne duyarlıdırlar ve düşük güncelleme hızına sahiptirler. Ancak asıl avantajı, görüş hattına ihtiyaç duymamalarıdır.

Global navigasyon uydu sistemi gibi radyo dalgalarını kullanan sistemler ortam ışığından etkilenmez, ancak yine de görüş hattına ihtiyaç duyar.

mekansal tarama

Bir uzaysal tarama sistemi (optik) işaretler ve sensörler kullanır. İki kategori ayırt edilebilir:

  • Beacon'ın ortamda sabit bir konuma yerleştirildiği ve sensörün nesnenin üzerinde olduğu içten dışa sistemler
  • Beacon'ların hedef üzerinde olduğu ve sensörlerin ortam içinde sabit bir konumda olduğu sistemler dışında

Sensörü işaret fenerine yönelterek aralarındaki açı ölçülebilir. Üçgenleme ile nesnenin konumu belirlenebilir.

atalet algılama

Atalet algılamanın ana avantajı, harici bir referans gerektirmemesidir. Bunun yerine, bir jiroskop ile dönüşü veya bilinen bir başlangıç ​​pozisyonuna ve oryantasyona göre bir ivmeölçer ile pozisyonu ölçer . Bu sistemler mutlak konumlar yerine göreli konumları ölçtüğü için birikmiş hatalardan zarar görebilir ve bu nedenle kaymaya maruz kalabilirler. Sistemin periyodik olarak yeniden kalibre edilmesi daha fazla doğruluk sağlayacaktır.

mekanik bağlantı

Bu tür izleme sistemi, referans ve hedef arasında mekanik bağlantılar kullanır. İki tip bağlantı kullanılmıştır. Bunlardan biri, her biri dönebilen ve kullanıcıya birden fazla dönüş yeteneği sağlayan mekanik parçaların bir araya getirilmesidir. Bağlantıların yönü, artımlı kodlayıcılar veya potansiyometreler ile ölçülen çeşitli bağlantı açılarından hesaplanır. Diğer mekanik bağlantı türleri, bobinler halinde sarılmış tellerdir. Bir yay sistemi, mesafeyi doğru bir şekilde ölçmek için tellerin gerilmesini sağlar. Mekanik bağlantı izleyicileri tarafından algılanan serbestlik dereceleri, izleyicinin mekanik yapısının oluşumuna bağlıdır. Çoğu zaman altı serbestlik derecesi sağlanırken, eklemlerin kinematiği ve her bir bağlantının uzunluğu nedeniyle tipik olarak yalnızca sınırlı bir hareket aralığı mümkündür. Ayrıca, hedefin referanstan uzaklığı ile yapının ağırlığı ve deformasyonu artar ve çalışma hacmine bir sınır getirir.

Faz farkı

Faz farkı sistemleri, bir referans emitörden gelen bir sinyalin fazına kıyasla hareketli bir hedef üzerindeki bir emitörden gelen bir sinyalin fazındaki kaymayı ölçer. Bununla vericinin alıcıya göre bağıl hareketi hesaplanabilir Atalet algılama sistemleri gibi, faz farkı sistemleri de birikmiş hatalardan zarar görebilir ve bu nedenle kaymaya maruz kalabilir, ancak faz sürekli olarak ölçülebildiği için üretebilirler. yüksek veri hızları. Omega (navigasyon sistemi) bir örnektir.

Doğrudan alan algılama

Doğrudan alan algılama sistemleri, yön veya konum elde etmek için bilinen bir alanı kullanır : Basit bir pusula , iki yöndeki yönünü bilmek için Dünya'nın manyetik alanını kullanır . Bir eğim ölçer , kalan üçüncü yönde yönünü bilmek için yerçekimi alanını kullanır . Ancak konumlandırma için kullanılan alanın doğadan kaynaklanması gerekmez. Birbirine dik yerleştirilmiş üç elektromıknatıstan oluşan bir sistem, uzaysal bir referans tanımlayabilir. Alıcıda, manyetik kuplajın bir sonucu olarak alınan alan akısının bileşenlerini üç sensör ölçer . Bu önlemlere dayanarak sistem, vericilerin referansına göre alıcının konumunu ve yönünü belirler.

optik sistemler

Optik konumlandırma sistemleri, toplam istasyonlarda olduğu gibi optik bileşenlere dayanmaktadır .

Manyetik konumlandırma

Bu bölüm Manyetik konumlandırmadan bir alıntıdır . [ düzenle ]

Manyetik konumlandırma , iç mekan ayarlarına özgü manyetik alan anormalliklerinden, bunları ayırt edici yer tanıma imzaları olarak kullanarak yararlanan bir IPS ( İç mekan konumlandırma sistemi ) çözümüdür. Manyetik anomaliye dayalı konumlandırmaya ilişkin ilk atıf 1970 yılında askeri uygulamalara kadar götürülebilir. Manyetik alan anormalliklerinin iç mekan konumlandırması için kullanılması bunun yerine ilk olarak 2000 yılının başlarında robotik ile ilgili makalelerde iddia edildi.

En yeni uygulamalar, bir binanın içindeki nesneleri veya insanları kablosuz olarak bulmak için kullanılan bir akıllı telefondan alınan manyetik sensör verilerini kullanabilir .

Şu anda IPS için fiili bir standart yoktur, ancak manyetik konumlandırma en eksiksiz ve uygun maliyetli gibi görünmektedir. Herhangi bir donanım gereksinimi olmadan doğruluk ve nispeten düşük toplam sahip olma maliyeti sunar. Opus Research'e göre manyetik konumlandırma “temel” bir iç mekan konumlandırma teknolojisi olarak ortaya çıkacak.

Hibrit sistemler

Her teknolojinin artıları ve eksileri olduğu için çoğu sistem birden fazla teknoloji kullanır. Atalet sistemi gibi bağıl konum değişikliklerine dayalı bir sistem, mutlak konum ölçümü olan bir sisteme karşı periyodik kalibrasyon gerektirir. İki veya daha fazla teknolojiyi birleştiren sistemlere hibrit konumlandırma sistemleri denir.

Hibrit konumlandırma sistemleri, birkaç farklı konumlandırma teknolojisi kullanarak bir mobil cihazın konumunu bulmaya yönelik sistemlerdir. Genellikle GPS ( Küresel Konumlandırma Sistemi ), baz istasyonu sinyalleri, kablosuz internet sinyalleri, Bluetooth sensörleri, IP adresleri ve ağ ortamı verileriyle birlikte bu tür sistemlerin önemli bir bileşenidir .

Bu sistemler, açık alanlarda çok kesin olan ancak iç mekanlarda veya yüksek binalar arasında ( kentsel kanyon etkisi) yetersiz çalışan GPS sınırlamalarının üstesinden gelmek için özel olarak tasarlanmıştır . Karşılaştırıldığında, baz istasyonu sinyalleri binalar veya kötü hava koşulları tarafından engellenmez, ancak genellikle daha az hassas konumlandırma sağlar. Wi-Fi konumlandırma sistemleri , yüksek Wi-Fi yoğunluğuna sahip kentsel alanlarda çok kesin konumlandırma sağlayabilir ve kapsamlı bir Wi-Fi erişim noktası veritabanına bağlıdır.

Ticari ve pratik olarak uygulanabilir olması için kentsel alanlarda iyi çalışması gereken belirli sivil ve ticari konum tabanlı hizmetler ve konum tabanlı medya için hibrit konumlandırma sistemleri giderek daha fazla araştırılmaktadır .

Bu alandaki ilk çalışmalar, 2003'te başlayan ve 2006'da devre dışı kalan Place Lab projesini içeriyor. Daha sonraki yöntemler, akıllı telefonların GPS'in doğruluğunu, hücre kimliği geçiş noktası bulmanın düşük güç tüketimi ile birleştirmesini sağlıyor.

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma