室内GPS

MOKOSmart 提供端到端室内定位解决方案。我们的设备集成了 BLE、Wifi、LoRa、GPS 和信标,可提供精确的定位和运动信息,精度达 2.5 厘米(亚米级)。

什么是室内 GPS?

GPS 代表全球定位系统。GPS 一词与其用户的位置确定有着千丝万缕的联系。当有人向您提及 GPS 时,您很可能会想到正在定位谁或什么。

类似地,室内GPS被定义为在封闭空间(无论大小)内定位选定元素。室内GPS追踪有助于在设施或室内空间内对标记单元进行主动或被动位置监控。

本质上,室内 GPS 的功能是用于商场、机场和其他设施等室内空间的定位、计时、绘图和导航。

产品

H2

室内导航信标

H2A

位置信标

M2

资产追踪信标

产品特性

室内GPS具备以下一些预期特性。这些特性使用户能够轻松执行各种功能。有了这些特性,用户将能够享受室内GPS带来的诸多好处。这些特性包括:

  • 能够离线访问导航
  • 高电池节省能力
  • 易于访问
  • 保护您的个人数据的私密性
  • 很容易被信标检测到
  • 数据可持久保存
  • 准确率高
  • 可以连续接收信号

优势

使用室内 GPS 模块可以带来诸多优势。这些优势涵盖了室内 GPS 模块的功能以及其带来的卓越精度。以下重点介绍其中一些优势:

  • 设施管理得到改善
  • 它提供了一个适合视障人士的友好版本
  • 更好地了解用户和客户
  • 操作可以更加高效
  • 提供非常精确的定位并最大化空间协调
  • 它难以处理,轻量级且可扩展
  • 方便实时监控
  • 对于资产追踪来说非常宝贵
  • 管理和活动安排便捷
  • 可以使用 WiFi

应用领域

当需要定位和管理资产位置以及其他功能时,室内 GPS 中继器非常有用。我们知道,传统的卫星技术和 GPS 在封闭空间中无法发挥最佳性能,而且精度相当低。这些空间包括机场、停车场、多层建筑、小巷和其他地下场所。
这就是室内GPS发挥作用的地方。传统GPS在室内效率低下,但这并不意味着在室内精确定位资产位置就不重要。

谁能从室内 GPS 中受益?

广阔的室内空间尤其难以穿越,更不用说主动定位资产和人员了。即使人们在这些空间拥有多年的经验,仍然经常会迷失方向,有时甚至会迷路。现在想象一下,作为一名游客,在没有万无一失的系统帮助的情况下尝试导航。因此,室内 GPS 在以下场所和功能中为人们提供了巨大的帮助:

室内追踪技术的类型

室内追踪技术因用户偏好、设备成本和安装方式而异。室内追踪技术利用一系列设备,在 GPS 和卫星技术无法发挥作用的地方定位物体和人员。室内追踪解决方案包括寻路、实时定位系统 (RTLS)、急救人员定位和库存管理系统。

有许多不同的追踪技术可以帮助确定室内定位。这些技术包括:

基于蓝牙的系统:该技术是一种用于连接移动设备的无线、低功耗、高速链路。它为短距离内的多个网络设备提供无线连接。

超宽带系统:也称为UWB系统。它们能够实现20厘米或更短的精确定位。它们发射低功率信号,不会干扰其他频谱。它利用无线电频谱中一种不同于警用无线电或手机无线电的特殊波。

RFID系统:RFID立式门射频识别系统利用无线电波传输数据。数据被编码在RFID智能标签中,这使得它比条形码资产跟踪技术更具优势。

红外系统:该系统将一个持续发射红外信号的物体附着在被跟踪的物体上。CPU 能够利用三角测量法和接收器的方向来计算发射信号的位置。

基于 WiFi 的系统:这是一种利用 WiFi 追踪位置的简单方法。WiFi 标签将信标数据传输到各个接入点。之后,位置服务器收集时间戳,并将接入点数据和时间戳信息转换为位置信息。

Zigbee 技术:该技术利用 RSSI,即“接收信号强度指示器”的缩写。Zigbee 无线传感器技术采用 RSSI,这使得它能够有效地确定室内定位和 LBS(基于位置的服务)。使用指纹数据库可以用来计算个人在室内的位置。

Beacon技术:该技术利用小型无线BLE发射器向附近的接收器发送信号。借助该系统,可以准确、轻松地进行基于位置的交互和定位。

超声波技术:该技术利用能够追踪发射体位置的超声波系统。超声波传感器用于追踪超声波信号的位置。

GPS 如何工作?

全球定位系统 (GPS) 的工作原理是首先获取用于计算位置的卫星信号。位置计算的频率不确定度与观测到的 GPS 信号相比约为 ±4.2 kHz。GPS 利用相关性来检测信号。如果码延迟频率错误,则峰值信号将不存在。信号搜索是在变化的码延迟和频率(称为区间)内进行的。

本质上,接收器能够通过评估卫星与您之间的距离来精确定位。要确定您的三维位置,至少需要 3 颗卫星。您的位置是通过卫星中的原子钟乘以信号速率获得的。一颗卫星确定时间信号速率,另外三颗卫星用于获取 x、y 和 z 坐标。

通俗地说,绕地球运行的卫星信号传输到约20,000万公里外的地球表面。显然,由于距离遥远,自由空间的损耗会降低信号的功率水平。这就是为什么常规GPS信号在封闭或室内空间中不可靠,因为信号损耗会更大。因此,GPS室内定位系统需要使用室内GPS中继器。

天线

为了使GPS正常工作,需要一种特殊的天线。传统的GPS接收器天线是圆形的,其功能类似于极化微带贴片。它工作在1 MHz的L1575频段。由于基板材料的介电常数(Ɛr = 25),它的尺寸非常小,仅为25mm x 25mm。本质上,天线是一种导电金属,当受到电磁波照射时会产生电活性。

集成式系统

多个系统子组件的组合实现了这一功能,从而激活了整个系统。它包含不同的电子设备,用于实现GPS的功能,例如读取相关信号并筛选掉不需要的信号。最基本的集成系统包含一个信号解码器、一个滤波器和一个通信输出。

通讯协议

系统必须能够在其多个组件之间传输信息,以实现目标。因此,需要制定通信协议,以便多个实体参与 GPS 系统。通信协议会通知终端系统或用户。例如,检索包含信号质量、坐标和速度等信息格式的协议。

室内定位系统硬件

IPS 的硬件(物理组件)构成了整个室内 GPS 系统。这些组件包括:

定向GPS天线

正如之前关于天线所述,这是从传统的贴片式GPS获得的。它由铝制锥形反射器组成,有助于增强方向或定位。

低噪声放大器

IPS 的这个硬件组件利用了一些能够降低大声的低噪声放大器。

室内损耗补偿

当信号丢失时,这会非常有用,它可以计算放大器在室内 GPS 系统中的益处。

全球网络实施

这是 GPS 网络在室内最佳运行的能力,也是服务器的位置计算功能。GPS 卫星通常发送的数据可以被卫星视线范围内的可用接收器清晰地翻译。目前,GPS 星座共有 28 颗在轨卫星。要获取所有实时数据,接收器只需同时瞄准所有 28 颗在轨卫星即可。

要做到这一点,最经济、最有效的方法是接入一个拥有GPS参考站的全球网络。这些GPS参考站充当连接服务器的数据通道。该网络可以服务于任何地点、任何数量的A-GPS设备。Mokosmart已开发并实施了该网络。

该网络和服务器的创新之处在于:它构成了一个完全冗余的网络,其站点遍布全球。这样,每个GPS服务器在任何给定时间都能被至少两个不同的站点“看到”。

有了该系统,服务器将需要更少的卫星测量数据来完全计算位置。这由一个全球地形模型完成,即使在起伏的地形中也能提高精度。它利用多达十亿个网格的离散点,精度高达18米。

由于GPS伪距测量,服务器无需精确的GPS时间标签即可计算位置。它还可以在任何设备上运行,无论制造商如何。

室内GPS硬件处理方法

这是一种新颖的室内 GPS 方法,利用 GPS 信号的实时卷积,对各种可能的码延迟进行处理。它是如何工作的?传统的 GPS 接收器一次只能监控一个芯片上可能出现的码延迟。接收器必须先扫描,然后获取信号,才能开始跟踪。
这种新设计无需单独的跟踪和捕获阶段,因为它可以进行实时计算。这些计算处理每颗卫星的 2000 多个相关器,从而计算出完整的实时卷积。在户外使用时,它可以几乎即时地捕获信号。室内空间的衰落会使常规 GPS 跟踪非常微弱,但这种新设计即使在信号衰落的情况下也能实现持续集成。

室内GPS硬件处理方法

为了最大限度地发挥室内GPS的定位效果,还需要采取进一步的措施。例如,必须在室内空间的屋顶上安装天线。天线将放置在建筑物的最高点,并与室内中继器连接。这种连接将通过同轴馈线电缆传输信号来实现。

中继器充当室内环境中信号的再辐射器。GPS中继器将实时GPS信号从设施外部传输到室内。无论是普通建筑还是设施,封闭空间都能提供实时天空视图。此实时天空视图使室内任何GPS接收器都能访问。

室内GPS硬件处理方法

室内GPS面临的主要挑战基本上就是弱信号处理。这一挑战首先是信号采集,其次是多径效应,第三是强弱信号相互作用。

取得: 可以从两个维度搜索输入信号,即码延迟和多普勒频率。搜索过程涉及一个多普勒值,该值通过乘以卫星本地生成的CDMA码进行下变频。由于延迟会发生变化,因此该过程称为“相关”。积分周期是指搜索所针对的一组输入信号。当信号较弱时,必须延长相关周期,以提高结果的信噪比。

多路径: 在户外使用 GPS 时,即使有,也只会轻微地感受到多径效应。多径效应是该效应的反射,是直接和原始视线信号的较弱副本。在室内使用 GPS 时,这种情况会更加严重。在室内使用时,反射可能会非常强烈,甚至超过直接信号。

弱/强信号相互作用: 当接收器锁定在互相关峰值或错误信号上,而不是正确信号的自相关峰值时,就会发生这种情况。如果直接捕获强信号并将其移除,然后再捕获弱信号,就可以避免这种情况。