Системы BeiDou и GPS сегодня являются самыми широко используемыми технологиями глобального позиционирования в мире. Почти все современные смартфоны постоянно используют BeiDou или GPS для предоставления информации о местоположении и отслеживании, например, такие современные картографические и навигационные системы, как AutoNavi и Baidu, используют BeiDou или GPS, чтобы обеспечивать нас данными о местоположении. Многие приложения применяют BeiDou и GPS для сверхточных измерений времени, однако без BeiDou или GPS это было бы невозможно.

Учитывая повсеместное распространение GPS в современной жизни, один из самых частых вопросов, который нам задают при обсуждении внутренних систем позиционирования и картографии с клиентами, звучит так: «Почему бы просто не использовать напрямую Бэйдоу или GPS?» В этом посте мы расскажем о том, что вам нужно знать о Бэйдоу и GPS в контексте внутренних систем и приложений.

Во-первых, что такое система Бэйдоу? Что такое система GPS?

Система навигации «Бэйдоу», сокращённо — BDS, создана китайским правительством и предоставляет пользователям по всему миру бесплатные высокоточные услуги определения местоположения, измерения скорости и синхронизации в любую погоду и круглосуточно. «Бэйдоу» — это древнее китайское название некоторых звёзд созвездия Большой Медведицы, которое в древности использовалось для определения направления. Однако в наши дни, интегрировав последние достижения науки и технологий человечества, термин «Бэйдоу» приобрёл совершенно новое значение. В настоящее время на орбите находятся 62 спутника. Вот текущее состояние здоровья каждого спутника системы «Бэйдоу».

Глобальная система позиционирования, сокращённо GPS, была начата правительством Соединённых Штатов в 1978 году, и система стала полностью оперативной после запуска 24-го спутника системы в 1993 году. В настоящее время на орбите находится 32 спутника. Вот текущий статус здоровья каждого спутника GPS.

Как работают и функционируют Beidou и GPS?

В гражданском секторе и BeiDou, и GPS работают, посылая ряд сигналов от различных спутников, находящихся на орбите Земли, на наземные устройства (например, смартфоны). В настоящее время в эксплуатации находятся 62 спутника BeiDou и 32 спутника GPS, что означает: где бы вы ни находились на Земле, вы, по крайней мере, будете в зоне видимости как минимум шести спутников.

Каждый спутник системы Beidou или GPS оснащён атомными часами, которые способны с высочайшей точностью определять его положение. Когда наземное устройство (например, смартфон пользователя) одновременно принимает сигналы от нескольких спутников, оно может использовать относительное время прихода (TOA) различных сигналов для триангуляции своего положения.

Когда несколько спутников излучают сигналы достаточной мощности, система BeiDou или GPS может обеспечить точность позиционирования от 5 до 10 метров для обычных потребительских смартфонов.

Могут ли BeiDou или GPS работать в помещении?

И BeiDou, и GPS способны работать в помещениях, однако ключевым фактором при оценке их эффективности является способность спутниковых сигналов проходить сквозь потолки и другие препятствия, чтобы достигать наземного оборудования. Любое препятствие или полная блокировка сигнала BeiDou GPS в помещении может серьёзно повлиять на способность BeiDou GPS успешно определять местоположение наземного устройства.

Сигналы BeiDou и GPS также отражаются от объектов, например, от стен, и иногда сигнал может достигнуть пользователя после отражения от объекта в помещении, что может быть неправильно распознано приёмником и фактически привести к менее точным результатам, чем если бы сигнал был полностью блокирован.

Несмотря на то, что сигналы GPS BeiDou способны проникать через здания и устанавливать надёжное соединение с наземным оборудованием, при использовании BeiDou или GPS в помещениях необходимо учитывать ещё один важный фактор: какова общая точность системы BeiDou или GPS и соответствует ли она требованиям к внутреннему позиционированию.

Как упомянуто выше, в идеальных условиях система BeiDou GPS обычно способна определять местоположение принимающего устройства на земле с точностью от 5 до 10 метров. В открытых условиях такая точность вполне достаточна, особенно если её сочетать с другими источниками данных (например, внутренным компасом устройства, инерциальными навигационными системами, а также сетями Wi-Fi, связью 4G/5G и т.д.), и это может помочь приложениям предсказывать азимут и направление движения пользователя.

Недостаток точности в сочетании с трудностями обеспечения сигналами внутренних помещений с помощью системы Beidou или GPS серьёзно ограничивает их возможности работы в закрытых пространствах.

Что определяет сигнал GPS Beidou в помещении?

Качество сигнала GPS Beidou в помещении зависит прежде всего от количества и плотности препятствий и барьеров, через которые сигнал должен пройти между находящимися на орбите спутниками и наземными устройствами, такими как смартфоны. Чтобы добраться до наземного оборудования, чем плотнее среда, через которую проходит сигнал, тем слабее будет сам сигнал (если вообще удастся его получить), а значит, тем слабее и менее точным будет GPS Beidou.

Можно ли улучшить сигнал внутренней системы GPS BeiDou?

Устройства-ретрансляторы BeiDou GPS становятся всё более распространёнными и доступными по цене. Принцип работы ретранслятора BeiDou GPS заключается в том, что на крыше здания или снаружи здания, где доступны сигналы BeiDou GPS, устанавливается антенна, затем сигналы передаются внутрь здания по кабелям, а оттуда через один или несколько усилителей, разветвителей и передающих антенн — в помещение.

Хотя устройства-ретрансляторы BeiDou GPS могут улучшить как сигналы BeiDou, так и GPS в помещениях, благодаря чему характеристики их сигналов близки к тем, которых можно ожидать. в На открытом воздухе Однако как в помещении, так и при использовании систем BeiDou и GPS приёмник принимает сигналы со спутников, не содержащие информации о перемещении. Таким образом, изменение времени прихода (TOA) для всех спутников, принимаемых приёмником, одинаково и практически статично, поскольку сигналы спутников поступают от антенны на крыше, которая неподвижна; соответственно, сигналы, принимаемые в помещении, также остаются неподвижными относительно каждого из спутников. Согласно вышеупомянутому принципу позиционирования, местоположение приёмника под ретранслятором BeiDou GPS для внутреннего позиционирования совпадает с местоположением антенны на крыше. На приведённом ниже рисунке изображён принцип позиционирования приёмника BeiDou GPS в помещении.

Можно ли использовать систему GPS Beidou для внутреннего позиционирования или навигационных систем?

Технически, системы BeiDou и GPS могут использоваться в качестве технической основы для систем внутреннего позиционирования и навигации, обеспечивая трёхмерное определение местоположения на основе антенны на крыше, что может служить базой для других систем позиционирования, предоставляя эталонные координаты и информацию о времени. Внутренние среды BeiDou GPS, основанные на ретрансляторе BeiDou GPS, способны обеспечивать покрытие BeiDou GPS во множестве областей, где точное позиционирование не требуется. Например, автобусные парковки, ангары, транспортные средства критической миссии, специализированные автомобили и т.д. Эта технология шире применяется в обрабатывающей промышленности, особенно в производстве и НИОКР телефонов и автомобилей на новых источниках энергии.