System jednoczesnej lokalizacji obiektów bazujący na technologii SDF

Podobne dokumenty
Przestrzenno-częstotliwościowe uwarunkowania lokalizacji źródeł fal radiowych wykorzystującej efekt Dopplera

STANOWISKO DO LOKALIZACJI ŹRÓDEŁ EMISJI RADIOWYCH METODĄ DOPPLEROWSKĄ

Ocena dokładności dopplerowskiej metody lokalizacji źródeł emisji radiowych

Wykorzystanie technologii SDF w systemie ratownictwa powietrznego

AUTONOMICZNY SYSTEM MONITOROWANIA POŁOŻENIA I IDENTYFIKACJI POJEDYNCZYCH ŻOŁNIERZY W PODODDZIAŁACH WOJSK WŁASNYCH

Lokalizacja źródeł fal radiowych na podstawie sygnałów odbieranych przez ruchomy odbiornik pomiarowy 1

EMPIRYCZNA WERYFIKACJA METODY LOKALIZACJI ŹRÓDEŁ SYGNAŁÓW RADIOWYCH WYKORZYSTUJĄCEJ EFEKT DOPPLERA

PL B1. Układ do lokalizacji elektroakustycznych przetworników pomiarowych w przestrzeni pomieszczenia, zwłaszcza mikrofonów

OKREŚLENIE WPŁYWU WYŁĄCZANIA CYLINDRÓW SILNIKA ZI NA ZMIANY SYGNAŁU WIBROAKUSTYCZNEGO SILNIKA

ARCHITEKTURA GSM. Wykonali: Alan Zieliński, Maciej Żulewski, Alex Hoddle- Wojnarowski.

ZESTAW BEZPRZEWODOWYCH CZUJNIKÓW MAGNETYCZNYCH DO DETEKCJI I IDENTYFIKACJI POJAZDÓW FERROMAGNETYCZNYCH

Systemy Telekomunikacji Satelitarnej

MONITORING PRZESTRZENI ELEKTROMAGNETYCZNEJ

Cyfrowy system łączności dla bezzałogowych statków powietrznych średniego zasięgu. 20 maja, 2016 R. Krenz 1

kpt. Mirosław Matusik Brzeźnica, dnia roku

PL B1. Sposób i układ pomiaru całkowitego współczynnika odkształcenia THD sygnałów elektrycznych w systemach zasilających

BADANIE METOD I PROJEKTOWANIE USŁUG LOKALIZACYJNYCH W SIECIACH RADIOKOMUNIKACYJNYCH

TRANFORMACJA GALILEUSZA I LORENTZA

GEOMATYKA program podstawowy. dr inż. Paweł Strzeliński Katedra Urządzania Lasu Wydział Leśny UP w Poznaniu

3. KINEMATYKA Kinematyka jest częścią mechaniki, która zajmuje się opisem ruchu ciał bez wnikania w jego przyczyny. Oznacza to, że nie interesuje nas

Xway. Inne podejście do lokalizacji GPS obiektów mobilnych i zarządzania flotą

Podstawy transmisji sygnałów

Differential GPS. Zasada działania. dr inż. Stefan Jankowski

Micro Geo-Information. Pozycjonowanie w budynkach Indoor positioning

System AIS. Paweł Zalewski Instytut Inżynierii Ruchu Morskiego Akademia Morska w Szczecinie

System informacji przestrzennej w Komendzie Miejskiej w Gdańsku. Rysunek 1. Centrum monitoringu w Komendzie Miejskiej Policji w Gdańsku.

Notatka nr 9. Uzupełnienia: ANTENY PŁASKIE UHF

Praktyczne aspekty zastosowania telekomunikacji satelitarnej przez administrację publiczną

Wykorzystanie nowoczesnych technologii w zarządzaniu drogami wojewódzkimi na przykładzie systemu zarządzania opartego na technologii GPS-GPRS.

Systemy nawigacji satelitarnej. Przemysław Bartczak

Demodulator FM. o~ ~ I I I I I~ V

POMIAR CZĘSTOTLIWOŚCI NAPIĘCIA W URZĄDZENIACH AUTOMATYKI ELEKTROENERGETYCZNEJ

Typowe konfiguracje odbiorników geodezyjnych GPS. dr hab. inż. Paweł Zalewski Akademia Morska w Szczecinie

Efekt Dopplera. dr inż. Romuald Kędzierski

Projektowanie układów scalonych do systemów komunikacji bezprzewodowej

(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Zastosowanie ultradźwięków w technikach multimedialnych

Rozważania rozpoczniemy od fal elektromagnetycznych w próżni. Dla próżni równania Maxwella w tzw. postaci różniczkowej są następujące:

Metoda określania pozycji wodnicy statków na podstawie pomiarów odległości statku od głowic laserowych

POLITECHNIKA POZNAŃSKA

O 2 O 1. Temat: Wyznaczenie przyspieszenia ziemskiego za pomocą wahadła rewersyjnego

ODORYMETRIA. Joanna Kośmider. Ćwiczenia laboratoryjne i obliczenia. Część I ĆWICZENIA LABORATORYJNE. Ćwiczenie 1 POMIARY EMISJI ODORANTÓW

Systemy i Sieci Telekomunikacyjne laboratorium. Modulacja amplitudy

Temat pracy dyplomowej Promotor Dyplomant CENTRUM INŻYNIERII RUCHU MORSKIEGO. prof. dr hab. inż. kpt.ż.w. Stanisław Gucma.

MSPO 2018: ŁĄCZNOŚĆ DLA POLSKICH F-16 I ROZPOZNANIE ELEKTRONICZNE ROHDE & SCHWARZ

PL B1. Sposób i układ do modyfikacji widma sygnału ultraszerokopasmowego radia impulsowego. POLITECHNIKA GDAŃSKA, Gdańsk, PL

SATELITARNE TECHNIKI POMIAROWE WYKŁAD 5

(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

WYBÓR PUNKTÓW POMIAROWYCH

Precyzyjne pozycjonowanie w oparciu o GNSS

PR kwietnia 2012 Mechanika Strona 1 z 5. XTS (extended Transport System) Rozszerzony System Transportowy: nowatorska technologia napędów

Metoda pomiaru błędu detektora fazoczułego z pierścieniem diodowym

Katedra Metrologii i Systemów Diagnostycznych Laboratorium Metrologii II. 2013/14. Grupa: Nr. Ćwicz.

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA INFRASTRUKTURY 1) z dnia 30 grudnia 2009 r.

Badania elementów i zespołów maszyn laboratorium (MMM4035L) Zastosowanie systemu nawigacyjnego w pomiarach geometrii elementów maszyn. Ćwiczenie 22.

Celem ćwiczenia jest badanie zjawiska Dopplera dla fal dźwiękowych oraz wykorzystanie tego zjawiska do wyznaczania prędkości dźwięku w powietrzu.

Katedra Geodezji Satelitarnej i Nawigacji. Geodezja i geoinformatyka

Techniki różnicowe o podwyższonej dokładności pomiarów

lim Np. lim jest wyrażeniem typu /, a

3. WYNIKI POMIARÓW Z WYKORZYSTANIEM ULTRADŹWIĘKÓW.

Symulacyjne badanie wpływu systemu PNDS na bezpieczeństwo i efektywność manewrów

dr hab. inż. P. Samczyński, prof. PW; pok. 453, tel. 5588, EIK

Wykorzystanie systemu EGNOS w nawigacji lotniczej w aspekcie uruchomienia serwisu Safety-of-Life

A3 : Wzmacniacze operacyjne w układach liniowych

WPŁYW METODY DOPASOWANIA NA WYNIKI POMIARÓW PIÓRA ŁOPATKI INFLUENCE OF BEST-FIT METHOD ON RESULTS OF COORDINATE MEASUREMENTS OF TURBINE BLADE

Fala na sprężynie. Projekt: na ZMN060G CMA Coach Projects\PTSN Coach 6\ Dźwięk\Fala na sprężynie.cma Przykład wyników: Fala na sprężynie.

Anna Szabłowska. Łódź, r

ZAKŁAD SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH I TELEKOMUNIKACYJNYCH Laboratorium Podstaw Telekomunikacji WPŁYW SZUMÓW NA TRANSMISJĘ CYFROWĄ

Nocne migracje ptaków i ich obserwacje za pomocą radaru ornitologicznego

Podstawowe pojęcia związane z pomiarami satelitarnymi w systemie ASG-EUPOS

Urządzenia Elektroniki Morskiej Systemy Elektroniki Morskiej

WiMAX2 nowy standard sieci radiowych

LABORATORIUM Z FIZYKI Ć W I C Z E N I E N R 2 ULTRADZWIĘKOWE FALE STOJACE - WYZNACZANIE DŁUGOŚCI FAL

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY KATEDRA TELEKOMUNIKACJI I APARATURY ELEKTRONICZNEJ. Instrukcja do zajęć laboratoryjnych. Numer ćwiczenia: 7

Wykorzystanie serwisu ASG-EUPOS do badania i modyfikacji poprawek EGNOS na obszarze Polski

System Automatycznej Identyfikacji. Automatic Identification System (AIS)

Ultra szybkie pozycjonowanie GNSS z zastosowaniem systemów GPS, GALILEO, EGNOS i WAAS

Wskazówki i deklaracja producenta Emisje elektromagnetyczne i odporność. Strona S8 & S8 Series II / VPAP III Series 1 3 S9 Series 4 6 Stellar 7 9

KONCEPCJA SYSTEMU AUTOMATYCZNEGO WYKRYWANIA EMISJI FH

Najlepsze praktyki. NAVITEL Sp. z o.o. 1

Systemy przyszłościowe. Global Navigation Satellite System Globalny System Nawigacji Satelitarnej

Warszawa, dnia 25 stycznia 2019 r. Poz. 151

WYKORZYSTANIE MES DO WYZNACZANIA WPŁYWU PĘKNIĘCIA W STOPIE ZĘBA KOŁA NA ZMIANĘ SZTYWNOŚCI ZAZĘBIENIA

Pomiary pól magnetycznych generowanych przez urządzenia elektroniczne instalowane w taborze kolejowym

TRANSCOMP XIV INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

Badania charakterystyki wyrobu i metody badawcze. Kompatybilność elektromagnetyczna Odporność uzbrojenia na wyładowania elektrostatyczne.

ANTENA DWUSTOśKOWA NIESYMETRYCZNA

RAPORT Z POMIARÓW PÓL ELEKTROMAGNETYCZNYCH

Zastosowanie zobrazowań SAR w ochronie środowiska. Wykład 2

Tabela 3.2 Składowe widmowe drgań związane z występowaniem defektów w elementach maszyn w porównaniu z częstotliwością obrotów [7],

Automatyczne tworzenie trójwymiarowego planu pomieszczenia z zastosowaniem metod stereowizyjnych

Doświadczenia w eksploatacji gazomierzy ultradźwiękowych

Geolokacja w Internecie

GSMONLINE.PL dla zainteresowanych nowymi technologiami

Warszawa, dnia 18 grudnia 2013 r. Poz ZARZĄDZENIE Nr 41/MON MINISTRA OBRONY NARODOWEJ. z dnia 18 grudnia 2013 r.

Obszar badawczy i zadania geodezji satelitarnej

Sposoby opisu i modelowania zakłóceń kanałowych

Mikrofale co przyniosły naszej cywilizacji? Józef Wiesław Modelski

DROGI lądowe, powietrzne, wodne 1/2009

Wykrywanie sygnałów DTMF za pomocą mikrokontrolera ATmega 328 z wykorzystaniem algorytmu Goertzela

Transkrypt:

System jednoczesnej lokalizacji obiektów bazujący na technologii SDF dr inż. Jan M. Kelner dr inż. Cezary Ziółkowski Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego Wydział Elektroniki Instytut Telekomunikacji Warszawa W czasie klęsk żywiołowych efektywne prowadzenie działań przez jednostki ratownictwa uwarunkowane jest koniecznością bieżącej lokalizacji zarówno wykorzystywanych środków jak i poszczególnych członków ekip ratunkowych. Dane te umożliwiają pełne wykorzystanie potencjału jednostek w zakresie prowadzenia ewakuacji ludzi i sprzętu z zagrożonych obszarów oraz stanowią wsparcie dla ratownictwo medycznego. Jedna z głównych metod realizacji procedur lokalizacji elementów jednostek ratowniczych bazuje na zastosowaniu systemu GPS (Global Positioning System) [1 ]. Jednakże wykorzystanie tego systemu w obszarach zurbanizowanych napotyka na znaczne ograniczenia związane z brakiem widoczności wymaganej liczby satelitów. W artykule [3] przedstawiono koncepcję systemu który minimalizuje ograniczenia związane z zastosowaniem GPS. Jednakże wykorzystanie tego rozwiązania ma ograniczony zasięg obszarowy i wymaga dodatkowej transmisji informacji pomiędzy poszczególnymi elementami systemu o ich wzajemnym położeniu. Stąd też występuje potrzeba opracowania w pełni autonomicznego sytemu lokalizacji elementów jednostek ratownictwa występujących na poszczególnych szczeblach struktury organizacyjnej. Możliwości takie stwarza technologia SDF (Signal Doppler Frequency) [4 5] bazująca na pomiarze zmian częstotliwości sygnału odbieranego przez przemieszczający się odbiornik. Przeprowadzone praktyczne badania testowe których wyniki przedstawiono m.in. w publikacjach [5 8] pokazują praktyczną użyteczność metody SDF w zastosowaniu do lokalizacji źródeł emisji fal radiowych. Jednocześnie uzyskane rezultaty stanowiły podstawę do opracowania koncepcji systemu który zapewni lokalizację i jednoczesne monitorowanie położenia wielu źródeł sygnałów związanych z indywidualnymi użytkownikami systemu. Niniejsze opracowanie poświęcone jest problematyce wykorzystania technologii SDF w systemie lokalizacji poszczególnych elementów jednostek ratowniczych (medycznych straży pożarnej policji straży miejskiej). W części pierwszej przedstawiono istotę technologii SDF z uwzględnieniem zalet i wad w zakresie jej praktycznej implementacji. W części drugiej zaprezentowano strukturę oraz zasady funkcjonowania systemu lokalizacji zarówno poszczególnych elementów jak i indywidualnych członków ekip ratowniczych. Część trzecia poświęcona jest badaniom symulacyjnym i prezentacji otrzymanych wyników. W podsumowaniu przedstawiono możliwości techniczne opracowanego systemu i zwrócono uwagę na jego zalety. Charakterystyka technologii SDF Technologia SDF bazuje na analitycznym opisie efektu Dopplera [9 1]. Wykorzystuje dystynktywny charakter krzywych dopplerowskich wynikający ze wzajemnego usytuowania źródeł sygnałów i odbiornika względem trajektorii ruchu jednego z obiektów. W trakcie przemieszczania się odbiornika na podstawie pomiaru dopplerowskiego przesunięcia częstotliwości może określić położenie promieniujących źródeł fal radiowych. Znając natomiast położenie kilku źródeł emisji możliwe jest określenie bieżącej pozycji odbiornika co możne stanowić podstawę do w nawigacji statków powietrznych. Ze względu na wykorzystanie efektu Dopplera metodę SDF przyrównuje się do metody FDoA (Frequency Difference of Arrival) określanej także akronimem DD (Differential Doppler) jednakże obydwa rozwiązania różnią się między sobą techniką lokalizacji obiektów [11 1]. Technologia SDF umożliwia przestrzenną lokalizację obiektów promieniujących fale radiowe czyli wyznaczenie ich trzech współrzędnych geograficznych. Obecnie większość metod lokalizacji (np. CoO AoA ToA TDoA FDoA RSS [3 11 ]) ogranicza się głównie do lokalizacji na płaszczyźnie czyli wyznaczania jedynie dwóch współrzędnych położenia źródła sygnału. Metoda SDF charakteryzuje się ponadto dużą dokładnością określania pozycji prostotą układu lokalizującego oraz niezależnością od struktury czasowo-częstotliwościowej sygnałów emitowanych przez lokalizowane obiekty. Daje to możliwość wszechstronnego i autonomicznego wykorzystania metody w licznych aplikacjach praktycznych o czym świadczy duże zainteresowanie różnych środowisk technicznych. Dotychczas zaprezentowano kilka zastosowań technologii SDF m.in. w obszarze: szeroko rozumianej lokalizacji źródeł emisji rozpoznania i walki elektronicznej monitoringu widma ratownictwa morskiego i lądowego radionawigacji ze szczególnym uwzględnieniem nawigacji powietrznej oraz systemów podejścia do lądowania. Podstawę dopplerowskiej metody lokalizacji SDF stanowi zależność analityczna [9 1] x vt f D( x t) = f ( x t) f = f D max (1) x vt + y + z gdzie: f Dmax = kf k = v/c v prędkość odbiornika pomiarowego c prędkość światła f częstotliwość sygnału nadawanego przez źródło f (x t) częstotliwość odbieranego sygnału x = (x y z ) współrzędne położenia źródła sygnału w lokalnym układzie współrzędnych. Dokonując przekształcenia powyższej równania można uzyskać następujące zależności opisujące współrzędne położenia lokalizowanego źródła sygnału które odpowiadają sytuacji przedstawionej na rysunku 1 [4 5 8] t1b xˆ = v B yˆ = y p + v zˆ = ± gdzie: ( ˆ yˆ z ) ˆ ( ) ( t1) tb( t) ( t1) B( t) 1 t3b( t3) t4b( t4) v sin θ B( t ) B( t ) ( t1 t) B( t1) B( t) B( t ) B( t ) 1 3 x wartości współrzędnych lokalizowanego obiektu wyznaczone metodą SDF (estymowane na podstawie pomiaru częstotliwości Dopplera) t 1 t t 3 t 4 to wybrane momenty czasu w których dokonano pomiaru wartości dopplerowskiego przesunię- cia częstotliwości B( t) = 1 H ( t) H( t) ( t) f D( t) f D max H = wektor p = (x p y p z p ) oraz kąt θ (w płaszczyźnie OXY) definiują transformację (przesunięcie i obrót) nowego lokalnego układu współrzędnych O X Y Z względem początkowego układu odniesienia OXYZ (rys. 1). Powyższe zależności są słuszne przy założeniach: z = zˆ = const. i z p = tj. stanowisko pomiarowe przemieszcza się na stałej wysokości oraz prędkość odbiornika v 1 na pierwszym ( S S ) i v 1 na drugim odcinku pomiarowym ( S S ) są jednakowe (rys. 1) czyli: v = v = v 3 4. W [4 5 8] został 1 przedstawiony przypadek bardziej ogólny. 4 yˆ + ( x x) p cosθ () Elektronika 1/13 59

Rys. 1. Sposób realizacji lokalizacji przestrzennej metodą SDF. Fig. 1. The realization of spatial location by the SDF method Jak wynika z powyższych zależności procedurę wyznaczania współrzędnych położenia źródeł fal radiowych można sprowadzić do pomiaru wartości chwilowej częstotliwości f (x t) sygnału odbieranego przez przemieszczający się z określoną prędkością odbiornik. Na podstawie rejestrowanych danych dokonywana jest w czasie rzeczywistym lokalizacja promieniujących źródeł sygnału. Metoda SDF charakteryzuje się dodatkową unikalną funkcjonalnością związaną z możliwością jednoczesnego określania pozycji wielu źródeł emisji [1 4]. Obecnie żadna z metod ani żaden z istniejących systemów lokalizacyjnych nie daje takiej możliwości. Zastosowanie technologii SDF do równoczesnej lokalizacji wielu źródeł emisji może zostać wykorzystane przede wszystkim w procedurach ewakuacji oraz zarządzania kryzysowego w odniesieniu do służb medycznych ratowniczych jednostek straży pożarnej i policji. Jedną z koncepcji systemu lokalizacji wykorzystującego technologię SDF przedstawiono w niniejszym opracowaniu. Struktura systemu Strukturę autonomicznego systemu jednoczesnej identyfikacji i lokalizacji obiektów bazującego na technologii SDF stanowią: zbiór lokalizowanych elementów wyposażonych w indywidualne źródła sygnałów stanowisko monitoringu (SM) mobilne stanowisko z odbiornikiem pomiarowym i nadajnikiem identyfikacji 6 stanowisko sterowania i analizy (SSA) użytkownicy systemu lokalizacji. Parametrem zapewniającym identyfikację jest wartość częstotliwości znamionowej generowanej przez źródła sygnałów poszczególnych elementów systemu które przyporządkowano użytkownikom (ekipom ratowniczym) oraz pojazdom. Zmiany dopplerowskiego przesunięcia częstotliwości sygnału odbieranego przez odbiornik pomiarowy zainstalowany na stanowisku mobilnym (SM) stanowią podstawę do wyznaczania współrzędnych położenia poszczególnych elementów systemu. Środek transportowy przemieszcza się w sposób ciągły i jednostajny po ściśle określonej zamkniętej trajektorii ruchu. Stanowisko sterowania i analizy (SSA) zapewnia z jednej strony sterowanie procedurą lokalizacji z drugiej zaś realizuje przetwarzanie danych uzyskanych w odbiorniku pomiarowym. Użytkownikami systemu są osoby funkcyjne i organa decyzyjne takie jak Centra Zarządzania Kryzysowego (CKZ). Strukturę systemu z wyróżnieniem jego poszczególnych elementów składowych przedstawiono na rys.. Zastosowanie technologii SDF w opracowanym systemie stwarza możliwość realizacji lokalizacji w dwóch trybach pracy: selektywnym i zbiorczym. W trybie selektywnym system dostarcza informacji o lokalizacji ściśle określonego elementu bądź grupy elementów natomiast w trybie zbiorczym otrzymujemy informację o położeniu jednocześnie wszystkich elementów systemu w danym momencie czasu. Elektronika 1/13

Rys.. Struktura autonomicznego systemu identyfikacji i lokalizacji elementów służb ratowniczych Fig.. The structure of the autonomous system for the identification and location of emergency services Funkcjonowanie systemu identyfikacji i lokalizacji jest następujące. Sygnał zapotrzebowania na lokalizację określonej grupy elementów systemu wysłany przez użytkownika systemu (np. CKZ) dociera do SSA. Stąd struktura sygnałowa związana z lokalizowanymi elementami przesyłana jest do mobilnego SM. Otrzymany sygnał wymusza generację przez nadajnik SM krótkich sygnałów identyfikacji. Sygnały te z kolei inicjują generację przez źródła związane z lokalizowanymi elementami systemu sygnałów harmonicznych. Sygnały te generowane są w krótkich przedziałach czasu (Δt = 1 s) powtarzanych w skończonej liczbie K cykli. Zarejestrowane przez przemieszczający się odbiornik pomiarowy wartości chwilowe sygnału transmitowane są do SSA w postaci plików z dodatkową informacją o bieżącym położeniu mobilnego stanowiska. Tutaj na podstawie odebranych danych i zależności () następuje wyznaczenie wartości współrzędnych poszczególnych źródeł. Uzyskane dane lokalizacyjne przesyłane są do użytkowników systemu czyli do odpowiednich osób funkcyjnych i organów decyzyjnych. Mały zakres zmian częstotliwości sygnału odbieranego przez przemieszczający się odbiornik daje możliwość utworzenia stosunkowo dużej liczby kanałów do lokalizacji elementów systemu. Na rysunku 3 przedstawiono uproszczoną strukturę widmową wykorzystywaną w systemie lokalizacji. Prezentowana przykładowa struktura widma zawiera dwa rozłączne podpasma częstotliwości. Pierwsze z nich zawiera kanały lokalizacji poszczególnych elementów i wykorzystane jest do transmisji w górę czyli w kierunku: źródło sygnału mobilny odbiornik pomiarowy. W drugim podpaśmie realizowana jest transmisja w dół czyli transmisja sygnałów inicjujących procedurę lokalizacyjną od mobilnego nadajnika systemu do odbiornika lokalizowanego elementu. Przyjmując że system pracuje na częstotliwości f = GHz stanowisko lokalizacji przemieszcza się z prędkością v = m/s szerokość pasma zajmowana przez system wynosi B UT = 1 MHz a odstęp ochrony f UT = H otrzymujemy około 1 kanałów lokalizacji elementów systemu. Rys. 3. Struktura widmowa wykorzystywana w autonomicznym systemie lokalizacji Fig. 3. Spectral structure uses in the autonomous location system Elektronika 1/13 61

gości uzależnionej od liczby analizowanych K punktów pomiarowych (od około 18 km dla K = do około 34 km dla K = ). SM wyznaczać będzie współrzędne położenia N = 6 obiektów na płaszczyźnie (lokalizacja D). Parametry przestrzenne i częstotliwościowe źródeł sygnałów niezbędne do przeprowadzenia obliczeń numerycznych zestawiono w tabeli. Współrzędne położenia oraz częstotliwości pracy lokalizowanych obiektów Coordinates and frequencies of the localized objects i (x i y i z i ) [km] f UTi [khz] f DTi [khz] Rys. 4. Czasowy przebieg widm odbieranych przez SM sygnałów w poszczególnych kanałach Fig. 4. Spectra time course of the signals received by the MTB (monitoring test-bed) in the individual channels 1 (; 31; 1) 1 63 1 86 (1; 35; 1) 1 63 5 1 86 5 3 (; 33; 1) 1 63 1 1 86 1 4 (3; 3; 1) 1 63 15 1 86 15 5 (4; 34; 1) 1 63 1 86 6 (5; 3; 1) 1 63 5 1 86 5 Rys. 5. Spektrogram zmian częstotliwości odbieranych przez SM sygnałów w poszczególnych kanałach Fig. 5. Frequency change spectrogram of the signals received by the MTB (monitoring test bed) in each channel Technologia SDF daje możliwość wyznaczania współrzędnych położenia źródeł sygnałów na podstawie pomiaru dopplerowskiego przesunięcia częstotliwości realizowanego w krótkich przedziałach czasu. Stwarza to możliwość wykorzystania np. emisji FH (Frequency Hopping) do zabezpieczenia systemu lokalizacji. Wykorzystanie przez poszczególne elementy indywidualnych kluczy skoków częstotliwości daje możliwość zwiększenia liczby użytkowników systemu. Na rysunku 4 zobrazowano przykładowy przebieg zmian położenia widm sygnałów odbieranych w poszczególnych kanałach. Zmiany te są skutkiem występowania efektu Dopplera który jest wynikiem przemieszczania SM. W przedstawionej wizualizacji założono że czasy aktywnej ( t) i biernej ( T) pracy lokalizowanych źródeł są jednakowe. Sygnały generowane są w krótkich sekwencjach czasowych t w celu minimalizacji zużycia energii elementów systemu (SM indywidualnych źródeł) oraz wydłużenia ich czasu pracy. Jak pokazują przedstawione na rys. 5 przykładowe wyniki występuje istotne zróżnicowanie przebiegu krzywych dopplerowskich pochodzących od poszczególnych obiektów. Daje to możliwość praktycznego wykorzystania przedstawionej powyżej procedury do wyznaczenia ich położenia. Wyniki badań symulacyjnych W celu zobrazowania możliwości praktycznego wykorzystania technologii SDF w autonomicznym systemie do jednoczesnej identyfikacji i lokalizacji obiektów (pojazdów i ekip ratowniczych) przeprowadzono badania symulacyjne. W scenariuszu pomiarowym przyjęto założenie że SM porusza się na pułapie h = z i = zˆ i = 1 m ze stałą prędkością v = km/h wzdłuż osi OX przyjętego układu współrzędnych. Trajektoria ruchu odbiornika pomiarowego (SM) jest zatem odcinkiem prostym o dłu- 6 W badaniach symulacyjnych przyjęto ponadto następujące wartości parametrów: szerokość kanałów dla transmisji w górę: B 4 Hz odstęp ochronny pomiędzy kanałami dla transmisji w górę: f UT 46 Hz odstęp ochronny pomiędzy kanałami dla transmisji w dół: f DT 5 Hz częstotliwość pracy odbiornik SM: f SM = 1631 khz szerokość pasma odbiornika SM: B UT = 4 Hz częstotliwość próbkowania odbieranego sygnału: f s = 5 khz podstawowa częstotliwość analizy: f s = 1 Hz czas generowania sygnału identyfikującego lokalizowany obiekt na podstawie którego wyznaczana jest jedna wartość dopplerowskiego przesunięcia częstotliwości: t = 1 s odstęp czasu pomiędzy poszczególnymi pomiarami częstotliwości Dopplera w którym lokalizowane obiekty nie nadają identyfikujących ich sygnałów: T = 3 s. Na rysunku 6 przedstawiono momenty czasu i odpowiadające im wartości dopplerowskiego przesunięcia częstotliwości na podstawie których dokonano oceny współrzędnych położenia lokalizowanych źródeł. Na rysunku nie widać zróżnicowania wartości pochodzących od różnych źródeł ze względu na przyjęte skale czasu i częstotliwości. Rysunek 7 ilustruje wpływ liczby K pomiarów na dokładność lokalizacji obiektów. Wokół rzeczywistego ich położenia zaznaczonego kolorem niebieskim przedstawiono błąd lokalizacji w postaci okręgu o promieniu opisanego zależnością [5 81 1 4] ( x xˆ ) + ( y y ) r =. ˆ Jak widać wraz ze wzrostem uwzględnianej w procedurze SDF liczby K wartości częstotliwości Dopplera w istotnym stopniu ma- Rys. 6. Usytuowanie mierzonych wartości częstotliwości na krzywej Dopplera dla analizowanego scenariusza pomiarowego Fig. 6. The location of the measured frequency values on the Doppler curve for the analyzed scenario (3) Elektronika 1/13

Rys. 7. Wpływ liczby K pomiarów na dokładność lokalizacji obiektów Fig. 7. Influence of the K-number measurements on the accuracy of the objects location leje błąd wyznaczania pozycji lokalizowanych źródeł. Dla analizowanego scenariusza badań symulacyjnych istnieje możliwość wyznaczania pozycji lokalizowanych źródeł z dokładnością do pojedynczych metrów. W powyższych rozważaniach nie uwzględniono faktu że lokalizowane obiekty mogą się przemieszczać. Jednakże możliwość lokalizacji obiektów na podstawie kilku tylko pomiarów w krótkich odstępach czasu pozwala dokonać oceny ruchu przemieszczających się obiektów o ile przemieszczają się one z prędkościami mniejszymi niż SM. Podsumowanie Zastosowanie metody SDF w autonomicznym systemie jednoczesnej identyfikacji i lokalizacji obiektów (pojazdów i ekip ratowniczych) może zwiększyć efektywność prowadzenia działań ratowniczych. Ma to istotne znaczenie w aspekcie zarządzania kryzysowego zwłaszcza w trakcie występowania klęsk żywiołowych. Wykorzystanie autonomicznego systemu jednoczesnej lokalizacji obiektów pozwoli na dynamiczne i efektywne zarządzanie dysponowanymi siłami i środkami. W artykule pokazano możliwość zastosowania źródeł sygnałów harmonicznych o skokowo zmieniających się częstotliwościach do lokalizacji i identyfikacji obiektów które nimi dysponują. Zaprezentowane wyniki badań symulacyjnych pokazują dużą efektywność systemu przy zapewnieniu jednoczesnej estymacji aktualnych pozycji wielu obiektów bazując na pomiarze częstotliwości Dopplera. Należy podkreślić że już na podstawie kilkunastu jednosekundowych sekwencji sygnałów identyfikujących możliwe jest uzyskanie dokładności rzędu pojedynczych metrów. Wynik ten pokazuje że opracowane autonomiczny system jednoczesnego monitoringu i identyfikacji obiektów zapewnia pozycjonowanie z dokładnością porównywalną z komercyjnymi systemami satelitarnymi. Jednakże wykorzystanie GNSS w środowisku zurbanizowanym nie gwarantuje ich niezawodnego funkcjonowania. Zastosowanie technologii SDF wymaga niewielkich zasobów widmowych oraz pozwala na wykorzystanie technik emisji (np. FH) zapewniających skrytą transmisje sygnałów lokalizacji. Literatura [1] Kaplan E. D. C. Hegarty (eds.): Understanding GPS: Principles and Applications nd edition Artech House Norwood MA USA 5. [] Grewal M. S. L. R. Weill A. P. Andrews: Global Positioning Systems Inertial Navigation and Integration nd edition John Wiley & Sons Hoboken NJ USA 7. [3] Barański P. M. Morański M. Strzelecki: System bezprzewodowej lokalizacji obiektów Elektronika Konstrukcje Technologie Zastosowania vol. 8 nr 11 str. 7 3 8. [4] Ziółkowski C. J. Rafa J. M. Kelner: Sposób namiaru i lokalizacji źródeł przestrzennych fal radiowych z wykorzystaniem efektu Dopplera zgłoszenie patentowe nr P 381154 z dn. 7.11.6. Biuletyn Urzędu Patentowego vol. XXXVI nr 1(899) str. 4 8. [5] Kelner J. M.: Analiza dopplerowskiej metody lokalizacji źródeł emisji fal radiowych rozprawa doktorska Wojskowa Akademia Techniczna Warszawa 1. [6] Kelner J. M. C. Ziółkowski L. Kachel: The empirical verification of the location method based on the Doppler effect 17th International Conference on Microwaves Radar and Wireless Communications MIKON-8 19 1.5.8. Wrocław Poland conference proceedings vol. 3 pp. 755 758 8. [7] Ziółkowski C. J. M. Kelner L. Kachel: Ocena dokładności dopplerowskiej metody lokalizacji źródeł emisji radiowych Biuletyn WAT vol. LVIII nr 3(655) str. 33 317 9. [8] Gajewski P. C. Ziółkowski J. M. Kelner: Przestrzenna dopplerowska metoda lokalizacji źródeł sygnałów radiowych Biuletyn WAT vol. LX nr 4(664) str. 187 11. [9] Rafa J. C. Ziółkowski: Influence of transmitter motion on received signal parameter Analysis of the Doppler effect Wave Motion vol. 45 no. 3 pp. 178 19 January 8. [1] C. Ziółkowski J. Rafa J. M. Kelner Lokalizacja źródeł fal radiowych na podstawie sygnałów odbieranych przez ruchomy odbiornik pomiarowy Biuletyn WAT vol. LV nr sp. str. 67 8 6. [11] Amar A. A. J. Weiss: Localization of narrowband radio emitters based on Doppler frequency shifts IEEE Transactions on Signal Processing vol. 56 no. 11 pp. 55 558 November 8. [1] Yu H. G. Huang J. Gao B. Liu: An Efficient Constrained Weighted Least Squares Algorithm for Moving Source Location Using TDOA and FDOA Measurements IEEE Transactions on Wireless Communications vol. 11 no. 1 pp. 44-47 January 1. [13] Zhao Y.: Standardization of mobile phone positioning for 3G systems IEEE Communications Magazine vol. 4 no. 7 pp. 18 116 July. [14] Vossiek M. L. Wiebking P. Gulden J. Wieghardt C. Hoffmann P. Heide: Wireless local positioning IEEE Microwave Magazine vol. 4 no. 4 pp. 77 86 3. [15] Gupta I. J.: Stray signal source location in far-field antenna/rcs ranges IEEE Antennas and Propagation Magazine vol. 46 issue 3 pp. 9 4. [16] Küpper A.: Location-Based Services. Fundamentals and Operation John Wiley & Sons Ltd. Chichester UK 5. [17] Kołodziej K. W. J. Hjelm: Local positioning system. LBS applications and services CRC Press Boca Raton FL USA 6. [18] Lipsky S. E.: Microwave Passive Direction Finding SciTech Publishing Inc. (reprint of John Wiley & Sons: NY 1987) Raleigh NC USA 4. [19] Stefański J.: Metody i standardy pozycjonowania terminali w systemach komórkowych Przegląd Telekomunikacyjny i Wiadomości Telekomunikacyjne nr 6 vol. LXXIX str. 18 185 6. [] Rosłoniec S.: Metody wyznaczania współrzędnych kątowych wykrywanego obiektu za pomocą monoimpulsowych urządzeń radiolokacyjnych Prace Przemysłowego Instytutu Telekomunikacji vol. LIV nr 134 str. 1 18 4. [1] Kelner J. M. C. Ziółkowski: Simultaneous location of military communication network elements with the use of autonomous measuring station Polish Journal of Enviromental Studies vol. 19 no. 4A pp. 5 56 1. [] Kelner J. M. C. Ziółkowski: Zastosowanie metody SDF do przestrzennego monitoringu elementów wojskowych sieci łączności str. 141 151 w: Kawalec A. (red.) Wybrane problemy rozpoznania i walki elektronicznej Wojskowa Akademia Techniczna Warszawa 1 [3] Gajewski P. C. Ziółkowski J. M. Kelner: Rozpoznanie radioelektroniczne z równoczesną lokalizacją wielu źródeł emisji fal radiowych Przegląd Telekomunikacyjny i Wiadomości Telekomunikacyjne vol. LXXXV nr 3/1 str. 33 36 1. [4] Gajewski P. C. Ziółkowski J. M. Kelner: Using SDF method for simultaneous location of multiple radio transmitters 19th International Conference on Microwave Radar and Wireless Communications MIKON-1 1 3.5.1. Warsaw Poland conference proceedings vol. pp. 634 637 1. Elektronika 1/13 63