Nghiên cứu cải thiện độ chính xác trong kỹ thuật định vị TOA và AOA

Bài viết Nghiên cứu cải thiện độ chính xác trong kỹ thuật định vị TOA và AOA trình bày việc nghiên cứu, phân tích và đề xuất một thuật toán mở rộng để cải thiện độ chính xác trong kỹ thuật định vị di động TOA và AOA.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu cải thiện độ chính xác trong kỹ thuật định vị TOA và AOA Nguyễn Hồng Thuỷ, Trần Cao Hiên NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN ĐỘ CHÍNH XÁC TRONG KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ TOA VÀ AOA Nguyễn Hồng Thuỷ, Trần Cao Hiên Cục Kỹ thuật nghiệp vụ - Bộ Công an Tóm tắt: Có nhiều phương pháp (kỹ thuật) định vị thiết bị di động khác nhau. Trong đó, có hai kỹ thuật được ứng dụng rộng rãi là kỹ thuật tính toán thời gian đến của tín hiệu từ các trạm gốc phục vụ thiết bị di động (Time of Arrival Positioning Technique - TOA) và kỹ thuật tính toán góc đến của tín hiệu từ các trạm gốc phục vụ thiết bị di động (Angle of Arrival Positioning Technique - AOA). Hai kỹ thuật này đều tính toán các tham số liên quan giữa trạm gốc (BTS/NodeB/eNodeB) và thiết bị di động (MS/UE/TE) để xác định vị vị trí của thiết bị di động. Các thuật toán tính toán để xác định vị trí (định vị) của thiết bị di động dùng hai kỹ thuật trên đã được nghiên cứu, công bố và có thể tìm thấy trên Internet.Tuy nhiên, trong quá trình ứng dụng các thuật toán đó để lập trình bài toán định vị, có nhiều nguyên nhân khác nhau dẫn đến vị trí tính toán được trên hệ toạ độ địa lý (với không gian 3 chiều) là khó tính toán hoặc không chính xác. Bên cạnh đó, trong thực tế, do sai số của các phép đo nên bài toán định vị có Hình 1. Mô tả nguyên lý kỹ thuật định vị CID-TOA thể tính toán ra nhiều kết quả, đặc biệt, với môi trường Nguyên lý kỹ thuật định vị CID-AOA: mạng di động hỗn hợp 2G, 3G, 4G-LTE như hiện nay. Do vậy, bài báo này trình bày việc nghiên cứu, phân tích và Giả sử thiết bị di động có 3 trạm gốc phục vụ và góc đề xuất một thuật toán mở rộng để cải thiện độ chính xác giữa 3 trạm gốc đến thiết bị di động lần lượt là a1, a2, a3 trong kỹ thuật định vị di động TOA và AOA. thì tọa độ của thiết bị di động được xác định tại điểm giao nhau của 3 vector có gốc tại các trạm gốc và hướng của Từ khoá: Định vị di động, TOA, AOA, hệ toạ độ địa chúng tạo với phương thẳng đứng các góc a1, a2, a3. lý, không gian 3 chiều, sai số của phép đo, vị trí chính xác của thiết bị di động, 4G-LTE. I. GIỚI THIỆU CHUNG Hai kỹ thuật định vị TOA và AOA đều lấy các tham số liên quan giữa trạm gốc và thiết bị di động để tính toán vị trí của thiết bị di động, trong đó, một tham số cơ sở là số nhận dạng của cell di động (CellID – CID). Do vậy, hai kỹ thuật này có thể viết tắt là Cell ID - Time of Arrival (CID-TOA) và Cell ID -Angle of Arrival (CID-AOA). Nguyên lý kỹ thuật định vị CID-TOA: Giả sử thiết bị di động (MS) có 3 trạm gốc phục vụ và khoảng cách giữa các trạm gốc và thiết bị di động lần lượt là d1, d2, d3 thì tọa độ của thiết bị di động được xác định Hình 2. Mô tả nguyên lý kỹ thuật định vị CID-AOA tại giao điểm của 3 vòng tròn có tâm tại các tọa độ của Qua nghiên cứu, tham khảo, tất cả các tài liệu về các trạm gốc và có bán kính d1, d2, d3. nguyên lý kỹ thuật định vị nói trên chỉ tiếp cận vấn đề có tính chất tư tưởng giải thuật và lý thuyết, nguyên lý chung, mà không trình bày chi tiết từng bước cách xác định tọa độ của thiết bị di động và không bao giờ có một Tác giả liên hệ: Nguyễn Hồng Thủy, công thức chung tính toán, xác định tọa độ của thiết bị di Email: ferrari.nguyenthuy@gmail.com động. Do đó, khi áp dụng các nguyên lý kỹ thuật định vị Đến tòa soạn: 03/9/2022, chỉnh sửa: 02/11/2022, chấp nhận đăng: trên, cần thiết phải nghiên cứu xây dựng một thuật toán 31/11/2022. tính toán tọa độ của thiết bị di động. Và thuật toán đó tính toán được tọa độ của thiết bị di động một cách chính xác thì bài toán định vị mới có ý nghĩa. SOÁ 04 (CS.01) 2022 TAÏP CHÍ KHOA HOÏC COÂNG NGHEÄ THOÂNG TIN VAØ TRUYEÀN THOÂNG 68 NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN ĐỘ CHÍNH XÁC TRONG KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ TOA VÀ AOA II. NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG THUẬT TOÁN - Bước 2. Biến đổi bán kính R1, R2 (được đo dọc hình cầu - đơn vị NM) sang dạng các góc r1, r2 (được đo dọc Bản chất của thuật toán định vị nói trên chính là việc theo hình cầu - đơn vị radian). tính toán xác định tọa độ điểm cắt nhau của các vòng tròn trong hệ tọa độ địa lý (Geographic Coordinates), không r1 = (pi/180)*(1/60)*R1 = 0.0002908888*R1 (radian); gian 3 chiều (3D). Việc xác định tọa độ các điểm cắt nhau r2 = (pi/180)*(1/60)*R2 = 0.0002908888*R2 (radian). của các vòng tròn trong không gian 2 chiều thì dễ dàng thực hiện bằng toán học. Nhưng ở đây, bài toán cần thiết -Bước 3. Xác định tọa độ điểm x0 nằm trên giao tuyến là tính toán tronghệ tọa độ địa lý với không gian 3 chiều. của 2 mặt phẳng chứa 2 đường tròn ban đầu, sao cho x0 là Nó sẽ có nhiều khó khăn và cần nghiên cứu, cải tiến để tổ hợp tuyến tính của x1 và x2 (x0 = a*x1 + b*x2). tìm ra thuật toán tối ưu. - Tính tích vô hướng của x1 và x2: q= x11* ...