MOKOSmartは、エッジツーエッジの屋内測位ソリューションを提供します。当社のデバイスは、BLE、Wi-Fi、LoRa、GPS、ビーコンを統合し、2.5cmというXNUMXメートル未満の精度で正確な位置情報と動き情報を提供します。
GPSはGlobal Positioning System（全地球測位システム）の略です。GPSという用語は、ユーザーの位置特定と正しく結び付けられています。誰かがGPSについて言及すると、おそらく誰または何の位置を特定しようとしているのかを思い浮かべるでしょう。
同様に、屋内GPSは、大規模または小規模を問わず、密閉空間内の特定の要素の位置を特定するものとして定義されます。屋内GPSトラッキングは、施設内または屋内空間におけるタグ付きユニットのアクティブまたはパッシブな位置監視を容易にします。
基本的に、屋内 GPS は、ショッピング モール、空港、その他の施設などの屋内空間の位置、タイミング、マッピング、ナビゲーションに機能します。
屋内GPSには、次のような利点が期待できます。これらの機能により、ユーザーは様々な機能を簡単に実行できるようになります。これらの機能を活用することで、屋内GPSによって得られる数々のメリットを享受できるようになります。主な機能は以下のとおりです。
屋内GPSモジュールを使用することで、様々なメリットが得られます。これらのメリットは、機能面から屋内GPSの精度がもたらす優位性まで多岐にわたります。以下に、その一部をご紹介します。
資産の位置特定や管理など、様々な用途で屋内GPSリピーターが極めて役立ちます。従来の衛星技術やGPSは、閉鎖空間では最適に機能せず、精度も著しく低下することが知られています。閉鎖空間には、空港、駐車場、高層ビル、路地、その他の地下などが含まれます。
ここで屋内GPSが活躍します。従来のGPSが屋内では効率が悪いからといって、屋内でも資産の位置を正確に特定することが不可欠ではないということではありません。
広大な屋内空間は、移動自体が特に困難であり、ましてや資産や人の位置特定は困難です。たとえ何年も屋内での経験があっても、迷子になったり、時には道に迷ったりすることは珍しくありません。では、訪問者の立場になって、万全のシステムなしで移動しようとした場合を考えてみましょう。そのため、屋内GPSは、以下の場所や機能において非常に役立ちます。
屋内追跡技術は、ユーザーの好み、ユニットのコスト、設置方法などによって異なります。屋内追跡技術は、GPSや衛星通信技術が利用できない場所でも、物体や人の位置を特定できる様々なデバイスを活用します。屋内追跡ソリューションには、道案内、リアルタイム位置情報システム（RTLS）、緊急対応者の位置特定、在庫管理システムなどの機能があります。
屋内での位置特定に役立つ追跡技術は多岐にわたります。具体的には以下のものがあります。
Bluetoothベースのシステム：このテクノロジーは、モバイル機器を接続するために使用される、低消費電力で高速なワイヤレスリンクです。短距離にある複数のネットワークデバイスにワイヤレス接続を提供します。
超広帯域システム：UWBシステムとも呼ばれます。最大20センチメートル以内の正確な位置特定を可能にします。他のスペクトルを妨害しない低電力信号を送信します。警察や携帯電話の無線とは異なる、特殊な電波を利用します。
RFIDシステム：RFIDスタンドドア無線周波数識別システムは、無線電波を利用してデータを転送します。データはRFIDスマートラベルまたはタグにエンコードされるため、バーコードによる資産追跡技術よりも優れています。
赤外線システム：このシステムでは、追跡対象に赤外線信号を常時発信する物体を取り付けます。CPUは三角測量と受信機の方向を用いて、発信信号の位置を計算します。
WiFiベースのシステム：これは、WiFiを利用して位置を追跡するシンプルな方法です。WiFiタグがビーコンデータを様々なアクセスポイントに送信します。その後、ロケーションサーバーがタイムスタンプを収集し、アクセスポイントのデータとタイムスタンプ情報を位置情報に変換します。
Zigbeeテクノロジー：これは「受信信号強度表示（RSSI）」の略称です。ZigbeeワイヤレスセンサーテクノロジーはRSSIを採用しており、屋内測位やLBS（位置情報サービス）の決定に効果的です。指紋データベースを使用することで、屋内における個人の位置を計算することができます。
ビーコン技術：この技術は、小型のワイヤレスBLE送信機を用いて、近くの受信機に信号を送信します。このシステムにより、位置情報に基づくインタラクションと位置特定を正確かつ容易に行うことができます。
超音波技術：この技術は、発信体の位置を追跡できる超音波システムを活用します。超音波信号の位置を追跡するために、超音波センサーが用いられます。
GPS（全地球測位システム）は、まず衛星信号を取得し、それを用いて位置を計算します。位置計算に伴う周波数の不確実性は、観測されたGPS信号から約±4.2kHzです。GPSは相関を利用して信号を検出します。コード遅延の周波数が間違っている場合、ピーク信号は存在しません。信号探索は、ビンと呼ばれるさまざまなコード遅延と周波数にわたって実行されます。
本質的には、受信機は使用中の衛星とあなたの間の距離を評価することで、位置を正確に特定することができます。あなたの位置を3次元で特定するには、少なくとも4つの衛星が必要です。そして、あなたの位置は、衛星に搭載された原子時計によって信号速度が増幅されることで得られます。XNUMXつの衛星は時刻信号速度を決定し、残りのXNUMXつの衛星はx、y、z座標を取得するために使用されます。
わかりやすく言えば、地球を周回する衛星からの信号は、約20,000万km離れた地表に送信されます。当然のことながら、距離が離れているため、自由空間の損失によって信号の電力レベルが低下します。そのため、通常のGPS信号は密閉された空間や屋内では信号損失がさらに大きくなるため、信頼できません。そのため、屋内GPSリピーターはGPS屋内測位システムに利用されています。
GPSが正しく機能するには、特殊なアンテナが必要です。受信機として利用される従来のGPSアンテナは円形で、偏波マイクロストリップパッチとして機能します。1MHzのL1575バンドで動作します。基板材料の誘電率（εr = 25）により、寸法は25mm x 25mmと非常に小型です。本質的には、アンテナは導電性の金属で、電磁波が当たると電気的に活性になります。
複数のシステムサブコンポーネントを組み合わせることで、システムを起動することができます。システムには、関連する信号の読み取りや不要な信号の除去など、GPSの目的を達成するための様々な電子機器が含まれています。最も基本的な形態では、統合システムは信号デコーダー、フィルター、通信出力を内蔵します。
システムは、目標を達成するために、複数のコンポーネント間で情報を転送できる必要があります。そのため、GPSには複数のエンティティが関与するように通信プロトコルが整備されています。通信プロトコルは、エンドシステムまたはユーザーに情報を提供します。例えば、信号品質、座標、速度を含む情報形式を取得するプロトコルなどがあります。
屋内GPSシステム全体は、IPSのハードウェア（物理コンポーネント）によって構成されます。これらのコンポーネントは以下のとおりです。
アンテナについて先ほど述べたように、これは従来のパッチ型GPSから得られるものです。方向や位置の精度を向上させるのに役立つアルミニウム製の円錐形反射鏡で構成されています。
この IPS のハードウェア コンポーネントは、大きな音を低減できるいくつかの低ノイズ アンプを使用します。
これは信号が失われたときに役立ち、屋内 GPS システムで増幅器がどの程度有益であるかを計算します。
これは、GPSネットワークが屋内で最適に機能する能力と、サーバーの位置計算機能です。GPS衛星は通常、衛星の視界内にある受信機で解釈可能なデータを送信します。現在、GPS衛星群は軌道上に28基の衛星で構成されています。すべてのライブデータを取得するには、受信機は軌道上の28基の衛星を同時に視認するだけで十分です。
これを実現する最も安価で効率的な方法は、GPS基準局を備えた世界規模のネットワークにアクセスすることです。これらのGPS基準局は、サーバーへのデータ伝送路として機能します。このネットワークは、必要な数のA-GPSデバイスをどこからでも接続できます。Mokosmartはこのネットワークを開発し、実装しました。
このネットワークとサーバーの革新的な点は、世界中にステーションを持つ完全な冗長ネットワークを構成していることです。これにより、すべてのGPSサーバーは、常に少なくとも2つの異なるステーションから「見える」ようになります。
このシステムにより、サーバーは位置を完全に計算するために必要な衛星測定回数が少なくなります。これは、世界規模の地形モデルによって実現され、起伏のある地形でも精度が向上します。このモデルは、最大18億個のグリッドを持つ離散点を利用し、高さXNUMXメートルまでの精度を実現します。
GPS疑似距離測定のため、サーバーは位置計算に正確なGPS時刻タグを必要としません。また、メーカーを問わず、あらゆるデバイスで動作します。
これは、様々なコード遅延を想定したGPS信号のライブ畳み込みを利用する、屋内GPSへの斬新なアプローチです。これはどのように機能するのでしょうか？従来のGPS受信機は、コード遅延の可能性を一度に1つのチップでしか監視できません。受信機は、追跡を開始する前にスキャンを行い、信号を取得する必要があります。
この新設計では、リアルタイム演算処理を実行するため、個別の追跡段階と捕捉段階が不要になります。これらの演算処理では、各衛星に対して2000以上の相関器が処理され、完全なリアルタイム畳み込み演算が行われます。屋外で使用する場合、ほぼ瞬時に信号を捕捉できます。屋内空間ではフェージングにより通常のGPS追跡は非常に弱くなりますが、この新設計により、フェージング信号下でも継続的な積分が可能になります。
屋内GPSを最大限に活用し、成果を上げるには、更なる対策が必要です。例えば、屋内空間の屋根にアンテナを設置する必要があります。建物の最も高い場所にアンテナを設置し、屋内中継器に接続します。この接続は、信号を伝送するための同軸フィーダーケーブルを使用することで可能になります。
リピーターは、屋内環境における信号の再放射器として機能します。GPSリピーターは、施設の外部から屋内へライブGPS信号を送信します。通常の建物でも施設でも、密閉された空間でリアルタイムの空の様子を確認できます。このライブ空の様子により、環境内のあらゆるGPS受信機から屋内にアクセスできるようになります。
屋内GPSが直面する大きな課題は基本的に一つ、それは弱信号処理です。この課題の第一は捕捉、第二はマルチパス、そして第三は弱信号と強信号の相互作用です。
取得：受信信号は、コード遅延とドップラー周波数という2つの次元で探索されます。探索では、ドップラー値が使用され、これは衛星のローカルで生成されるCDMAコードで乗算されてダウンコンバートされます。遅延は変化するため、このプロセスは「相関」と呼ばれます。積分期間は、探索を実行する受信信号のグループです。信号が弱い場合は、結果の信号対雑音比を改善するために、相関期間を延長する必要があります。
マルチパス：屋外でGPSを使用している場合、マルチパスはほとんど、あるいは全く発生しません。マルチパスはGPS機器の反射であり、直接的で元の見通し線の信号の弱いコピーです。この現象は、GPSを屋内で使用すると著しく悪化します。屋内では、反射が非常に強くなり、直接信号よりも強くなる場合があります。
弱信号と強信号の相互作用：これは、受信機が正しい信号の自己相関ピークではなく、相互相関ピークまたは誤った信号にロックしてしまう状況です。これを回避するには、弱い信号を取得する前に強い信号を直接取得して除去する必要があります。
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