Nawigację inercyjną można postrzegać jako sposób lokalizowania obiektów w zadanej przestrzeni z użyciem autonomicznych jednostek pomiarowych. Potrzeba ustalania położenia obiektów ruchomych w przestrzeni istnieje często w tzw. środowiskach trudnych, przy braku dostępu do systemów zewnętrznych, takich jak GPS (Global Positioning System) lub systemów telefonii komórkowej. Środowiska trudne są to obszary charakteryzujące się utrudnionymi warunkami propagacji fal radiowych. Lokalizowanie poruszających się obiektów za pomocą rozwiązań inercyjnych opiera się na pomiarze przyspieszeń i prędkości kątowych specjalistycznych modułów typu MEMS (Micro Electro- Mechanical Systems) zamontowanych na tych obiektach. Pomiary parametrów ruchu w systemach nawigacji inercyjnej są obarczone błędami wynikającymi z niedokładności wykonywanych pomiarów oraz tzw. dryftu1) wielkości mierzonych, który jest spowodowany zastosowaną techniką wykonania układu pomiarowego. Opracowywane algorytmy wyznaczania położenia obiektu muszą wprowadzać stosowne korekty obliczanych wielkości w celu eliminacji błędów. Konieczne jest zatem wykrywanie okresów spoczynku poruszającego się obiektu. Dodatkowo stosuje się rozwiązania integrujące systemy inercyjne z systemami zewnętrznymi. W Katedrze Systemów i Sieci Radiokomunikacyjnych Politechniki Gdańskiej postanowiono opracować narzędzie, ułatwiające prowadzenie prac badawczych nad systemem zdalnego monitoringu położenia osób w środowiskach zamkniętych z wykorzystaniem techniki inercyjnej i radiowej. W skład stanowiska badawczego (laboratoryjnego) wchodzą następujące jednostki: pomiarowa, realizująca obsługę i rejestrację danych z czujników 1) [...]

  W artykule przedstawiono budowę oraz działanie opracowywanego systemu nawigacji inercyjnej wspomaganej radiowymi pomiarami odległości. Przeprowadzone badania miały na celu zwiększenie dokładności estymacji położenia obiektów poprzez opracowanie własnych algorytmów hybrydowej nawigacji inercyjnej. Rozwiązanie jest przeznaczone do monitorowania poruszających się obiektów w środowiskach trudnych. 1. WSTĘP Nawigacja inercyjna jest sposobem lokalizowania ruchomych obiektów w zadanej przestrzeni na podstawie monitorowania parametrów ruchu takich jak przyspieszenia i prędkości kątowe. Potrzeba lokalizowania obiektów istnieje często w tzw. środowiskach trudnych, przy braku dostępu do zewnętrznych systemów radiolokalizacyjnych. Nawigacja inercyjna posiada tą zaletę, że nie wymaga żadnej infrastruktury zewnętrznej rozmieszczonej na obszarze po którym porusza się obiekt, poza jednostkami pomiarowymi rejestrującymi ruch obiektu. System nawigacji inercyjnej może pracować w czasie rzeczywistym, bądź jedynie rejestrować ruch obiektu. W artykule przedstawiono opracowywane rozwiązanie systemu hybrydowej nawigacji inercyjnej. W pierwszym etapie skupiono się na opracowaniu rozwiązania bazującego wyłącznie na pomiarze parametrów ruchu obiektu. Dalsze prace badawcze mają na celu połączenie opisanego rozwiązania z radiowymi pomiarami odległości. Opisana praca naukowo-badawcza została sfinansowana przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w formie projektu nr DOBRBIO4/ 058/13045/2013 i przeprowadzana jest w Katedrze Systemów i Sieci Radiokomunikacyjnych Politechniki Gdańskiej. 2. NAWIGACJA INERCYJNA System nawigacji inercyjnej bazuje na parametrach ruchu, czyli przyspieszeniach i prędkościach kątowych poruszającego się obiektu. W celu zmniejszenia błędu wyznaczanego położenia obiektu dokonuje się również pomiaru składowych wektora natężenia ziemskiego pola magnetycznego oraz ciśnienia atmosferycznego. 2.1. Jednostka zbierająca dane Podstawow[...]

  Na pokładzie współczesnych samolotów jest umieszczana coraz większa liczba urządzeń radionawigacyjnych oraz czujników zbierających informacje o parametrach lotu i stanie technicznym maszyny. Zebrane dane trafiają do komputerów pokładowych w celu obróbki i analizy. Dodatkowo konieczne jest zapewnienie sterowania podstawowymi elementami samolotu z kabiny pilotów, odpornego na błędy transmisji. Wymusza to wprowadzenie cyfrowej magistrali komunikacyjnej, służącej do przesyłania danych pomiędzy urządzeniami pokładowymi samolotu przy jednoczesnej redukcji infrastruktury kablowej. Koncepcja wprowadzenia cyfrowej magistrali danych według specyfikacji ARINC (Aeronautical Radio Inc.) pojawiła się w roku 1966. Początkowo dostrzeżono możliwość równoległej współpracy z ośrodkami wojskowymi, które również pracowały nad podobnym rozwiązaniem. Jednakże późniejsze kroki rozwoju wskazywały, że rozwiązanie wojskowe będzie zbyt rozwinięte, jak na potrzeby lotnictwa cywilnego i postanowiono prowadzić prace równoległe. Podstawowym założeniem, jakie postawiono przed konstruktorami, było zaprojektowanie magistrali komunikacyjnej odpornej na zakłócenia zewnętrzne. W efekcie powstało rozwiązanie obecnie znane pod nazwą ARINC 429. Standard ten definiuje warstwę fizyczną magistrali oraz warstwę protokolarną. Ponadto wprowadzono ustandaryzowaną pulę urządzeń współpracujących z magistralą oraz określono formaty danych przesyłanych pomiędzy urządzeniami [1, 2, 3]. W artykule przedstawiono charakterystykę standardu ARINC 429 z punktu widzenia fizycznej budowy magistrali oraz sposobu komunikacji pomiędzy urządzeniami zainstalowanymi na pokładzie samolotu, co jest przedmiotem analiz i badań prowadzonych w Katedrze Systemów i Sieci Radiokomunikacyjnych Politechniki Gdańskiej. WARSTWA FIZYCZNA MAGISTRALI I JEJ TOPOLOGIE Magistrala ARINC 429 została zbudowana z dwóch skręconych ze sobą przewodów. Każda para przewodów jest umieszczona w ekranie. Przewody w ka[...]

  W artykule przedstawiono badania i analizę toru odbiorczego USRP jako uniwersalnego odbiornika sygnałów radiowych. Przeprowadzone prace pozwoliły na zaproponowanie rzeczywistego schematu blokowego urządzenia. Udowodniono możliwość zastosowania urządzeń USRP jako elementów odbiornika do określania polaryzacji fal radiowych głównie ze względu na wysoką powtarzalność uzyskanych wyników dla wielu urządzeń. 1. WSTĘP Rozwój techniki znacząco wpłynął na obecną budowę urządzeń radiokomunikacyjnych. Powszechna dostępność układów scalonych o dedykowanych zastosowaniach przyspiesza i ułatwia konstruowanie nadajników i odbiorników radiokomunikacyjnych. Należy jednak pamiętać, że każde z rozwiązań jakie jesteśmy w stanie opracować jest przeznaczone do pracy w dedykowanym systemie, mając na uwadze warstwę aplikacji jak i sprzętu. W tym miejscu możemy mówić o powstaniu idei radia programowalnego SDR (Software Defined Radio), czyli urządzeniu o wspólnej dla każdego rozwiązania platformie sprzętowej a częścią zmienną jest w tym przypadku aplikacja sterująca, np. znajdująca się na komputerze PC. Oznacza to, że funkcjonalność urządzenia jesteśmy w stanie zmieniać w sposób programowy. Wśród urządzeń radia programowalnego możemy wyróżnić dwie podstawowe grupy, urządzenia posiadające wbudowany układ sterujący oraz uniwersalne interfejsy radiowe, tzw. USRP (Universal Software Radio Peripheral). W artykule zostały przedstawione wyniki badań urządzenia USRP-2920 produkcji National Instruments [1] oraz sposób w jaki badania te zostały przeprowadzone. Prace badawcze miały na celu przeprowadzenie pomiaru charakterystyki amplitudowej toru synfazowego (I) oraz kwadraturowego (Q) części odbiorczej urządzenia. Warto zaznaczyć, że producent nie dostarcza karty charakterystyki opisującej dane urządzenie. Uzyskane wyniki mają na celu potwierdzenie możliwości zastosowania urządzenia USRP dookreślenia polaryzacji odbieranych sygnałów radiowych. Dodatkowo[...]

  W artykule przedstawiono układ szerokopasmowego namiernika wykonanego w technologii radia programowalnego oraz wyniki badań warstwy sprzętowej, w tym opracowanego układu przełącznika antenowego. Przedstawione wyniki badań urządzeń, stanowiących platformę radia programowalnego oraz układu przełącznika antenowego potwierdzają możliwość zastosowania wytypowanych podzespołów w końcowym rozwiązaniu. 1. WSTĘP Zagadnienie wykrywania kierunku nadejścia sygnałów pojawiło się wraz z powstaniem i rozwojem radiokomunikacji oraz technologii bezprzewodowych już na początku XX wieku. Namierniki wykorzystujące pojedyncze anteny o kierunkowej charakterystyce promieniowania, liniowe szyki antenowe, czy układy sterowane mechanicznie, były pierwszymi rozwiązaniami układów wyznaczających kierunek nadejścia sygnałów DF (Direction Finding). Współcześnie ruchome, mechaniczne elementy sterowania namiernikami zastępowane są układami elektronicznymi, przetwornikami analogowocyfrowymi oraz algorytmami umożliwiającymi estymację kierunku nadejścia sygnałów DoA (Direction of Arrival). Pomiar różnicy amplitud, faz, czy czasów nadejścia sygnałów odebranych przez szyk antenowy, są rozwiązaniami szeroko stosowanymi w układach namierników. Hybrydowe namierniki, wykorzystujące wszystkie wymienione techniki pomiarowe umożliwiają zwiększenie dokładności wyznaczania estymaty kierunku nadejścia sygnału względem układów wykorzystujących jedynie pojedynczy parametr sygnału odebranego, np. amplitudę. W artykule przedstawiono układ szerokopasmowego namiernika zrealizowanego w technologii radia programowalnego oraz wyniki badań warstwy sprzętowej, w tym opracowanego układu przełącznika antenowego. Warto zaznaczyć, że przeprowadzono badania dla wielu urządzeń radia programowalnego ze względu na przyjęty charakter pracy namiernika, jako wielokanałowego, stacjonarnego urządzenia zawierającego wiele pracujących równolegle odbiorników radiowych. Prace badawcze prowad[...]

  W artykule przedstawiono badania i analizę cyfrowego przetwarzania sygnałów w opracowanym systemie nawigacji inercyjnej. Zadaniem systemu jest lokalizowanie poruszających się osób w środowisku wewnątrzbudynkowym. Podczas prowadzonych prac badawczych została wykonana jednostka pomiarowa do rejestrowania parametrów ruchu osoby oraz opracowano własne algorytmy nawigacji inercyjnej. 1. WSTĘP Nawigacja inercyjna jest odpowiedzią na problem lokalizowania poruszających się obiektów w środowiskach wewnątrzbudynkowych. Źródłem danych nawigacyjnych są uniwersalne moduły inercyjne, które mogą dokonywać wstępnej obróbki wartości parametrów ruchu obiektu. Należy mieć jednak świadomość, że uzyskiwane dane z modułu inercyjnego są wartościami względnymi, które wymagają zorientowania w rzeczywistym układzie przestrzennym. Prezentowany w artykule system nawigacji inercyjnej, opracowany w laboratorium Katedry Systemów i Sieci Radiokomunikacyjnych Politechniki Gdańskiej, nie jest jedynie układem rejestrującym dane z czujników, ale również je przetwarzającym i interpretującym. W artykule przedstawiono wyniki wpływu różnych sposobów obróbki danych wejściowych algorytmu nawigacyjnego, zarówno dla 64-bitowego komputerowego środowiska symulacyjnego MATLAB, jak również dla samodzielnie wykonanej jednostki pomiarowej opartej na mikrokontrolerze o architekturze 32-bitowej z rodziny UC3C firmy ATMEL. Opisano także opracowany autorski algorytm minimalizujący błędy związane z obliczeniami zmiennoprzecinkowymi pojedynczej precyzji wykonywanymi przez mikrokontroler. Wykonano również aplikację wizualizującą, w czasie rzeczywistym, przebytą przez obiekt trasę. Opracowany scenariusz testów pozwala zweryfikować poprawność działania algorytmów nawigacji inercyjnej poprzez m.in. wyznaczenie różnicy odległości punktu końcowego względem punktu startowego, jak i błędu średniokwadratowego wyznaczonego przemieszczenia. Zbadano także wpływ długości trasy na pro[...]

  Streszczenie W artykule przedstawiono stanowisko badawcze służące do rozwijania i testowania algorytmów nawigacji radiowej w opracowywanym hybrydowym systemie lokalizacyjnym. Przedstawiono sposób konfiguracji ultraszeroko-pasmowego modułu radiowego oraz uzyskiwane wyniki radiowych pomiarów odległości. Dodatkowo zamieszczono przykład radiolokalizacji z użyciem opracowanego stanowiska. Słowa kluczowe: radiowe pomiary odległości, UWB, nawigacja radiowa, hybrydowy system lokalizacyjny, SDS-TWR Abstract In article the work stand for developing and testing of radiolocalization algorithms in developed hybrid localization system was presented. The method of configuration ultra wideband radio module and obtained results of radio distance measurements were discused. In addition, a sample radiolocalization result, using described work stand was presented. Keywords: radio distance measurement, UWB, radionavigation, hybrid localization system, SDS-TWR Lokalizowanie jest jedną z najczęściej świadczonych usług zarówno w sektorze prywatnym, jak i militarnym. Określenie położenia np. poruszających się osób, w wielu przypadkach, ma za zadanie zwiększenie ich bezpieczeństwa podczas realizacji zadań operacyjnych. Jedną z wykorzystywanych metod jest radiolokalizacja. W artykule przedstawiono stanowisko badawcze umożliwiające prowadzenie prac rozwojowych opracowywanego systemu lokalizacyjnego, wykorzystującego radiowe pomiary odległości do estymacji położenia poruszającej się osoby w środowisku zamkniętym, takim jak wnętrza budynków, czy promy pasażerskie. Sposób lokalizowania bazuje na rozmieszczeniu na obszarze, na którym ma następować lokalizowanie poruszającej się osoby, węzłów referencyjnych WR a poruszająca się osoba ma być wyposażona w moduł identyfikacji osobistej MIO. Dane gromadzone są w centralnym stanowisku do rejestracji i prezentacji SRP. Równolegle obok nawigacji radiowej funkcjonuje nawigacja inercyjna, estymująca w czasie rzeczy[...]

  RESEARCH AND ANALYSIS OF LOCATION METHODS IN HYBRID LOCALIZATION SYSTEM Streszczenie: W artykule przedstawiono badanie i analizę metod lokalizacyjnych zaimplementowanych w opracowywanym hybrydowym systemie lokalizacyjnym. Przedstawiono dwa niezależne źródła danych o położeniu poruszającej się osoby, nawigację inercyjną oraz radiolokalizację. Zaprezentowane wyniki badań uzyskano na podstawie testów przeprowadzonych w docelowych warunkach pracy systemu, z wykorzystaniem opracowanej warstwy sprzętowej. Abstract: In article was shown research and analysis of location methods implemented in developed hybrid location system. Two independent sources of position estimation of a moving person, inertial navigation and radiolocation, were presented. Presented results were obtained during functional tests, performed in real environment on developed hardware layer. Słowa kluczowe: hybrydowy system lokalizacyjny, nawigacja inercyjna, radiowe pomiary odległości, UWB Keywords: hybrid navigation system, inertial navigation, radio distance measurement, UWB 1. WSTĘP Lokalizacja jest procesem często wykorzystywanym zarówno w życiu codziennym jak i w rozwiązaniach specjalnych. Służby bezpieczeństwa przeprowadzając działania operacyjne chcąc zapewnić bezpieczeństwo funkcjonariuszy prowadzą ich zdalny monitoring. Istnieją znane rozwiązania radiolokalizacyjne umożliwiające wyznaczenie położenia osoby z dokładnością do pojedynczych metrów, jednakże ich dostępność jest ograniczona, szczególnie w warunkach trudnych. Rozwiązaniem jest autonomiczny hybrydowy system lokalizacyjny, integrujący nawigację inercyjną oraz radiowe pomiary odległości. Wprowadzenie dodatkowej metody lokalizacyjnej przekłada się na zwiększenie dokładności końcowej estymaty położenia poruszającej się osoby. Zadaniem przedstawianego hybrydowego systemu lokalizacyjnego jest monitorowanie położenia poruszających się osób w środowiskach zamkniętych, takich jak budynki czy promy [...]

  IMPLEMENTATION OF SELF-ORGANIZING RADIO AD HOC NETWORK DEDICATED FOR OPERATION IN HARSH ENVIRONMENTS Streszczenie: W artykule przedstawiono realizację samoorganizującej się radiowej sieci ad hoc dedykowanej do pracy w środowiskach zamkniętych. Przedstawiono wyniki pomiarów propagacyjnych, z wykorzystaniem docelowej warstwy fizycznej, mające zweryfikować funkcjonowanie sieci w środowisku propagacyjnym promu pasażerskiego, które bezpośrednio oddziałuje na dynamikę sieci i strukturę opracowanego protokołu komunikacji radiowej. Na podstawie uzyskanych wyników pomiarów opracowano pełną formę sieci, w tym m.in. strukturę pakietów. Abstract: In the article a self-organizing ad hoc radio network dedicated for operation in harsh environments is presented. The results of propagation measurements, using the target hardware layer, having to verify the ship environment that directly influence on the dynamic of the network and the developed radio communication protocol were presented. Then, on the basis of the results of measurements, a complete network structure, including the packet structure and routing were developed. Słowa kluczowe: Ad hoc, bezprzewodowa sieć sensorowa, środowisko zamknięte Keywords: Ad hoc, harsh environment, wireless sensor network 1. WSTĘP Zagadnienie radiowych sieci ad hoc stało się popularne wraz z rozwojem bezprzewodowych sieci sensorowych, w tym systemów lokalizacyjnych w środowiskach zamkniętych. Propagacja wielodrogowa, zaniki, niestacjonarne środowisko propagacyjne, czy brak dostępu do zewnętrznych systemów lokalizacyjnych są głównymi problemami w tychże sieciach doraźnych. Przedstawione czynniki zewnętrzne mają również bezpośredni wpływ na postać protokołów komunikacyjnych, routingu, czy energochłonności węzłów pomiarowych w sensorowych sieciach ad hoc. W artykule opisano samoorganizującą się radiową sieć ad hoc dedykowaną do pracy w środowiskach zamkniętych. Głównym zadaniem projektowanej sieci ra[...]

  Przedstawiono dwie najczęściej spotykane metody monitorowania poruszających się osób w środowiskach zamkniętych stosowane w sieciach WBAN, nawigację inercyjną oraz radiolokalizację. Sprawdzono dokładność wyznaczania estymaty położenia dla każdej z nich na podstawie przeprowadzonych badań pomiarowych, wykorzystując wykonane urządzenia pomiarowe. Słowa kluczowe: lokalizacja wewnątrzbudynkowa, radiolokalizacja, nawigacja inercyjna, UWB, hybrydowy system lokalizacyjny.Lokalizacja osób poruszających się, zwłaszcza w środowisku zamkniętym, jest jednym z głównych punktów zainteresowania państwowych służb, tudzież instytucji publicznych. Jest to związane z potrzebą posiadania informacji o położeniu osoby, w celu zwiększenia jej bezpieczeństwa, bądź ułatwienia świadczenia dodatkowych usług np. telekomunikacyjnych i multimedialnych. Wiele obecnych systemów łączności radiowej - oprócz przesyłania danych użytkowników, co jest głównym zadaniem - umożliwia wyznaczenie estymaty położenia terminali tych użytkownikow. Powszechnie stosowane rozwiązania lokalizacyjne, np. lokalizacja z użyciem sieci komórkowej UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) czy też LTE (Long Term Evolution), nie są przeznaczone do pracy w środowiskach zamkniętych. Występujące wewnątrz budynków uwarunkowania propagacyjne uniemożliwiają przeprowadzenie prawidłowego procesu lokalizowania, pomimo że podstawowe usługi tych systemów mogą być świadczone. Obecny kierunek rozwoju sieci telekomunikacyjnych to miniaturyzacja urządzeń oraz sprowadzenie ich do postaci nasobnej, przeznaczonej do umieszczenia na ciele bądź w ciele człowieka. Prowadzi to do wyróżnienia nowego typu sieci radiowej o niewielkim zasięgu, komunikującej się w obrębie ciała człowieka - WBAN (Wireless Body Area Network) oraz w jego sąsiedztwie. Często kojarzy się ona z zastosowaniami medycznymi, jednakże może być również szeroko stosowana do świadczenia innych usług, np. multimedialnych, jak i loka[...]