GPS per interni

MOKOSmart offre soluzioni di posizionamento indoor edge-to-edge. I nostri dispositivi integrano BLE, Wi-Fi, LoRa, GPS e beacon per fornire informazioni accurate su posizionamento e movimento con una precisione sub-metrica di 2.5 cm.

Cos'è il GPS indoor?

GPS sta per Global Positioning System. Il termine GPS è stato correttamente associato alla determinazione della posizione dei suoi utenti. Quando qualcuno ti parla di GPS, molto probabilmente ti chiederai chi o cosa sta localizzando.

Analogamente, un GPS indoor è definito come la localizzazione di elementi selezionati in uno spazio chiuso, grande o piccolo che sia. Il tracciamento GPS indoor facilita il monitoraggio attivo o passivo della posizione di unità taggate in una struttura o in uno spazio interno.

In sostanza, le funzioni GPS per interni servono per la localizzazione, la misurazione del tempo, la mappatura e la navigazione di spazi chiusi come centri commerciali, aeroporti e altre strutture.

Prodotti

Caratteristiche

Ecco alcune delle caratteristiche che ci si può aspettare da un GPS indoor. Queste funzionalità offrono ai proprietari la possibilità di eseguire una miriade di funzioni con facilità. Grazie a queste funzionalità, l'utente potrà godere dei numerosi vantaggi offerti dal GPS indoor. Le caratteristiche sono:

Possibilità di accedere alla navigazione offline
Elevata capacità di risparmio della batteria
Facilmente accessibile
Mantieni privati i tuoi dati personali
Può essere facilmente rilevato dai Beacon
I dati possono essere salvati in modo durevole
Tasso di alta precisione
Il segnale può essere ricevuto in modo continuo

Vantaggi

L'utilizzo di moduli GPS per interni offre diversi vantaggi. Questi vantaggi spaziano dalle capacità al vantaggio in termini di precisione offerto dalla tecnologia GPS per interni. Alcuni di questi vantaggi sono evidenziati di seguito:

La gestione della struttura è migliorata
Offre un'edizione amichevole pensata per i non vedenti
Gli utenti e i clienti possono essere compresi meglio
Il funzionamento può essere reso più efficiente
Fornisce una posizione molto precisa e massimizza il coordinamento dello spazio

È intrattabile, leggero e scalabile
Facilita il monitoraggio in tempo reale
Inestimabile per il monitoraggio delle risorse
La gestione e la pianificazione degli eventi sono convenienti
Può utilizzare il WiFi

Applicazioni

Quando, tra le altre cose, è necessario localizzare e gestire la posizione di beni, un ripetitore GPS per interni può rivelarsi molto utile. Sappiamo che la tecnologia satellitare tradizionale e il GPS non funzionano in modo ottimale in spazi chiusi e sono notevolmente imprecisi. Tra questi spazi figurano aeroporti, parcheggi, edifici a più piani, vicoli e altri luoghi sotterranei.
Ed è qui che entra in gioco il GPS per interni. Il fatto che il GPS tradizionale non sia efficiente in ambienti chiusi non significa che non sia fondamentale individuare la posizione dei beni anche in ambienti chiusi.

Chi può trarre vantaggio dal GPS per interni?

Gli ampi spazi interni possono essere particolarmente difficili da attraversare, per non parlare della localizzazione attiva di beni e persone. Anche con diversi anni di esperienza in questi spazi, non è raro che le persone si sentano ancora confuse e a volte perse in molti di questi spazi. Ora immagina di essere un visitatore e di provare a orientarsi senza l'aiuto di un sistema infallibile. Pertanto, il GPS per interni è di grande aiuto per le persone nei seguenti luoghi e funzioni:

Tipi di tecnologia di tracciamento indoor

La tecnologia di tracciamento indoor varia in base alle preferenze dell'utente, al costo dell'unità e all'installazione. La tecnologia di tracciamento indoor utilizza una serie di dispositivi che localizzano oggetti e persone laddove il GPS e la tecnologia satellitare non sono operativi. Le soluzioni di tracciamento indoor includono sistemi di orientamento, sistemi di localizzazione in tempo reale (RTLS), sistemi di localizzazione dei soccorritori e sistemi di gestione dell'inventario.

Esistono diverse tecnologie di tracciamento che, pur essendo diverse, aiutano a determinare la posizione in ambienti chiusi. Queste sono:

Come funziona il GPS?

Il sistema di posizionamento globale funziona inizialmente acquisendo segnali satellitari che vengono utilizzati per calcolare la posizione. L'incertezza di frequenza che accompagna il calcolo della posizione è di circa ±4.2 kHz rispetto al segnale GPS osservato. Il GPS utilizza la correlazione per rilevare il segnale. Il segnale di picco diventa inesistente nel caso in cui la frequenza del ritardo del codice sia errata. La ricerca del segnale viene effettuata su intervalli di ritardo e frequenza del codice variabili, noti come intervalli.

In sostanza, un ricevitore è in grado di individuare la posizione valutando la distanza tra il satellite in uso e l'utente. Per determinare la posizione in 3 dimensioni, sono necessari almeno 4 satelliti. La posizione viene ottenuta utilizzando l'orologio atomico del satellite che moltiplica la frequenza del segnale. Un satellite determina la frequenza del segnale orario, mentre tre satelliti servono per ottenere le coordinate x, y e z.

In termini più semplici, i segnali dei satelliti in orbita attorno alla Terra vengono trasmessi alla superficie terrestre a circa 20,000 km di distanza. È ovvio che, a causa della distanza, la perdita di spazio libero riduce il livello di potenza del segnale. Per questo motivo, i normali segnali GPS non possono essere affidabili in spazi chiusi o al chiuso, poiché la perdita di segnale aumenta ulteriormente. Per questo motivo, i ripetitori GPS per interni vengono utilizzati per i sistemi di posizionamento GPS indoor.

Antenna

Per il corretto funzionamento di un GPS, è necessario un tipo speciale di antenna. L'antenna GPS tradizionale, utilizzata come ricevitore, è circolare e funziona come una microstriscia polarizzata. Opera su una banda L1 di 1575 MHz. È piuttosto piccola, con una dimensione di 25 mm x 25 mm, grazie alla costante dielettrica del materiale del substrato (Ɛr = 25). In sostanza, l'antenna è un metallo conduttivo che diventa elettricamente attivo quando viene colpito da un'onda elettromagnetica.

Hardware del sistema di posizionamento interno

L'hardware (componenti fisici) dell'IPS costituisce il sistema GPS per interni nel suo complesso. Questi componenti sono:

Implementazione della rete mondiale

Questa è la capacità di una rete GPS di funzionare in modo ottimale in ambienti chiusi e la capacità di calcolo del server per le posizioni. I satelliti GPS di solito inviano dati che possono essere tradotti dal ricevitore disponibile in modo chiaro nel campo visivo del satellite. La costellazione GPS attualmente comprende 28 satelliti in orbita. Per ottenere tutti i dati in tempo reale, un ricevitore deve solo avvistare tutti i 28 satelliti in orbita contemporaneamente.

Per raggiungere questo obiettivo, il modo più economico ed efficiente sarebbe accedere a una rete mondiale dotata di stazioni di riferimento GPS. Queste stazioni di riferimento GPS fungono da canale di trasmissione dati verso un server. Questa rete può gestire qualsiasi numero di dispositivi A-GPS che ne abbiano bisogno, da qualsiasi luogo. Mokosmart ha sviluppato e implementato questa rete.

Ciò che rende questa rete e questo server innovativi è che costituiscono una rete completamente ridondante con stazioni in tutto il mondo. Questo fa sì che ogni server GPS sia "visto" da almeno due stazioni diverse in qualsiasi momento.

Con questo sistema, il server avrà bisogno di meno misurazioni satellitari per calcolare completamente la posizione. Questo viene fatto utilizzando un modello geografico globale, che contribuisce a migliorare la precisione anche su terreni ondulati. Utilizza punti discreti con griglie fino a un miliardo di punti, che offrono una precisione fino a 18 metri di altezza.

Il server non necessita di tag GPS temporali precisi per calcolare la posizione, grazie alle misurazioni pseudorange del GPS. Può funzionare su qualsiasi dispositivo, indipendentemente dal produttore.

Approccio all'elaborazione hardware GPS per interni

Si tratta di un nuovo approccio al GPS indoor che utilizza convoluzioni in tempo reale dei segnali GPS, operando su una varietà di possibili ritardi di codice. Come funziona? Un ricevitore GPS tradizionale può monitorare un solo chip alla volta per rilevare eventuali ritardi di codice. Il ricevitore dovrà effettuare la scansione e quindi acquisire il segnale prima che il tracciamento possa iniziare.
Questo nuovo design elimina la necessità di fasi separate di tracciamento e acquisizione, poiché esegue calcoli in tempo reale. Questi calcoli elaborano oltre 2000 correlatori per ciascun satellite, consentendo di calcolare una convoluzione completa in tempo reale. Quando utilizzato all'aperto, può acquisire il segnale quasi istantaneamente. Il fading presente negli spazi interni rende il tracciamento GPS tradizionale molto debole, ma questo nuovo design consentirà un'integrazione continua anche in caso di fading del segnale.

Approccio all'elaborazione hardware GPS per interni

Per ottenere i risultati migliori da un GPS per interni, è necessario adottare ulteriori misure. Ad esempio, è necessario installare un'antenna sul tetto dell'edificio. L'antenna verrà posizionata nei punti più alti dell'edificio e sarà collegata a un ripetitore interno. Questa connessione sarà possibile grazie all'utilizzo di un cavo coassiale per il trasporto del segnale.

Il ripetitore funziona come un reirradiatore del segnale nell'ambiente interno. Il ripetitore GPS trasmette il segnale GPS in tempo reale dall'esterno di una struttura all'interno. Che si tratti di un edificio normale o di una struttura, lo spazio chiuso sarà in grado di fornire una vista del cielo in tempo reale. Questa vista del cielo in tempo reale renderà gli interni accessibili a qualsiasi ricevitore GPS nell'ambiente.

Approccio all'elaborazione hardware GPS per interni

Fondamentalmente, il GPS indoor si trova ad affrontare una sfida importante: l'elaborazione debole del segnale. Il primo aspetto di questa sfida è l'acquisizione, il secondo è il multipath e il terzo è l'interazione tra segnali deboli e forti.

Acquisizione: Il segnale in arrivo può essere ricercato in due dimensioni, che includono il ritardo del codice e la frequenza Doppler. La ricerca prevede un valore Doppler che viene convertito in basso moltiplicandolo per il codice CDMA del satellite, generato localmente. Il ritardo varia; da qui il termine "correlazione". I periodi di integrazione sono gruppi di segnali in arrivo su cui viene eseguita la ricerca. Quando i segnali sono deboli, il periodo di correlazione deve essere esteso in modo da migliorare il rapporto segnale/rumore del risultato.

Percorso multiplo: Quando si utilizza il GPS in ambienti esterni, il multipath si verifica solo in modo lieve, se non addirittura assente. Il multipath è un riflesso di quel prodotto, una copia più debole del segnale diretto e originale in linea di vista. Questo fenomeno peggiora considerevolmente quando il GPS viene utilizzato in ambienti chiusi. Il riflesso potrebbe essere così forte da superare il segnale diretto in ambienti chiusi.

Interazione segnale debole/forte: Questa è una situazione che si verifica quando il ricevitore si aggancia a un picco di cross-correlazione o a un segnale errato anziché al picco di autocorrelazione del segnale corretto. È possibile evitare questo inconveniente acquisindo direttamente il segnale forte e rimuovendolo prima di acquisire successivamente il segnale debole.