Вышка зрения: в России научились определять геолокацию без GPS
Российские инженеры разработали способ определять координаты мобильных устройств без использования спутниковой навигации. Метод специалистов Московского физико-технического института (МФТИ) рассчитывает местоположение по параметрам сигналов базовых станций, которые терминалы измеряют в штатном режиме. В ходе автомобильных испытаний разработчики получили точность от 3 до 20 м. Дополнительного оборудования для работы системы не требуется. Эксперты считают, что технология может стать резервным способом позиционирования там, где сигналы ГЛОНАСС и GPS недоступны или нестабильны. Однако эффективность метода напрямую зависит от плотности покрытия сотовой сети.
Определение координат по уровню сигнала
Специалисты Московского физико-технического института разработали новую методику, которая позволяет определять координаты мобильного телефона без использования спутниковых систем, таких как ГЛОНАСС или GPS. При этом технология дает сопоставимую с ними точность. Для ее работы достаточно стандартных данных, которыми обмениваются аппараты с базовыми станциями. Основные расчеты делаются по уровню сигнала мобильной сети. Подход дает возможность вычислять геолокацию движущегося объекта.
— Мобильный терминал непрерывно измеряет параметры сигнала от базовых станций — это стандартная функция, которая работает независимо от доступности спутниковых сигналов, — рассказал директор научно-исследовательского центра компонентов мобильной связи и технологий их производства МФТИ Григорий Серегин. — Мы провели длительные экспериментальные исследования при движении модема на автомобиле и показали, что этих измерений достаточно, чтобы построить модель распространения радиоволн и определить координаты объекта с точностью от 3 до 20 метров, что сопоставимо с результатами спутниковых навигационных систем даже без установленной SIM-карты. Фактически мы используем уже существующую инфраструктуру сетей связи как навигационную.
Ключевой параметр в работе — мощность принимаемого опорного сигнала вышки сотовой связи (RSRP). В отличие от показателей, характеризующих качество радиоканала, она непосредственно связана с уровнем принимаемого сигнала и поэтому может использоваться для построения модели распространения радиоволн. Именно этот параметр выбран в качестве исходных данных для вычисления координат.
Внедрение технологии
Поскольку уровень сигнала зависит не только от расстояния до передатчика, но и от характеристик конкретной вышки и условий распространения, для каждого источника сигнала выполняется калибровка: строится индивидуальная модель ослабления и оценивается характерная погрешность измерений.
— Во время работы терминал одновременно получает значения RSRP от нескольких неподвижных источников с известными координатами. Алгоритм сравнивает их с расчетной моделью и с помощью математических методов определяет наиболее вероятное положение объекта. При этом алгоритм способен автоматически снижать влияние на данные аномальных измерений и нестабильных источников, — сказала генеральный директор «МФТИ Телеком» Екатерина Юнева.
Подход объединяет получение информации от сотовой сети, анализ параметров радиосигнала и вычисление координат объекта в режиме реального времени. Работа показывает, что стандартные измерения мобильного терминала можно использовать как основу для задач позиционирования и создает базу для развития альтернативных навигационных технологий на существующей инфраструктуре сетей связи.
В перспективе разработку можно применять для определения местонахождения людей и различных видов наземного транспорта, считают ее авторы. Среди возможных сценариев — отслеживание железнодорожных составов, грузовых автомобилей на дальних маршрутах, беспилотных машин, а также карьерной и другой техники на горнодобывающих предприятиях.
По мнению генерального директора информационно-аналитического агентства TelecomDaily Дениса Кускова, предложенная технология вполне может заменить спутниковую навигацию там, где к ней нет доступа.
— Оптимальный вариант для геолокации — это GPS и ГЛОНАСС, которые определяют ее с точностью до нескольких метров. Методика определения координат по расположению базовых станций раньше работала с большей погрешностью. Но так как в некоторых случаях использовать спутники нельзя, приходится изобретать что-то новое. А возможность измерения координат движущегося объекта расширяет возможности этой технологии, — сказал Денис Кусков.
Главная ценность подхода в устойчивости навигации, считает эксперт НТИ по беспроводной связи Олег Яблоков. Спутниковый сигнал пропадает в тоннелях, глубоких карьерах и плотной городской застройке, его можно заглушить или подменить. Сотовая сеть в таких условиях часто продолжает работать, а смартфон или модем и так постоянно измеряют ее сигнал. Для определения координат хватит программной обработки уже имеющихся данных, без установки дополнительного оборудования. Алгоритм с предсказанием позволяет получать непрерывный трек движения между отдельными замерами, что особенно важно для транспорта.
— Определение местоположения по сотовой сети известно давно, и его главное ограничение связано с точностью. Она зависит от плотности базовых станций: в городе их много, на трассах дальнего следования и в удаленных районах заметно меньше. Поэтому в ближайшие годы такой метод логично рассматривать как резервный канал, дополняющий спутниковую навигацию и инерциальные датчики, — сказал Олег Яблоков.
По его мнению, наиболее интересным выглядит применение на горнодобывающих предприятиях, где всё чаще разворачивают собственные сети LTE с плотным и контролируемым покрытием. Следующим шагом должны стать полевые испытания с оценкой точности в реальных условиях эксплуатации.
