Aplicación de métodos de navegación por radio por satélite.
Petrov Nikolay Nikolaevich, Candidato de Ciencias Técnicas
APLICACIÓN DE MÉTODOS DE RADIO NAVEGACIÓN POR SATÉLITE
CREACIÓN DE SISTEMAS Y COMPLEJOS DE MEDIOS TÉCNICOS PARA LA LOCALIZACIÓN DE OBJETOS MÓVILES.
Aplicación de métodos de radionavegación por satélite para la creación de sistemas y complejos de medios técnicos para la localización de objetos en movimiento
Este es el segundo de una serie de artículos dedicados al uso de sistemas de localización de vehículos para resolver problemas de garantizar la seguridad de las personas, los bienes materiales y la propiedad. Este artículo intenta encontrar el lugar que ocupan los métodos de posicionamiento más utilizados (métodos basados en la navegación por radio por satélite) en el sistema de seguridad general. Las conclusiones extraídas en este artículo y los enfoques para resolver algunos problemas son comunes a otros métodos de localización.
Como se señala en el primer artículo sobre sistemas y complejos para la localización de objetos en movimiento, publicado en el tercer número de la revista, los métodos de determinación de la ubicación basados en equipos de radionavegación por satélite permiten implementar la más amplia gama de sistemas y tipos individuales de equipos para automatización. Localización de vehículos (sistemas AVL). Entre estos sistemas, enfocados a solucionar los problemas de seguridad integral de las personas, bienes materiales y bienes, cabe destacar los siguientes:
• Sistemas de despacho para el seguimiento y gestión del movimiento de vehículos desde un parque limitado en la ciudad.
Sistemas de control del movimiento de transporte o carga en un área ilimitada en tiempo real.
Sistemas de seguimiento del movimiento de transporte o carga en un área ilimitada con posterior procesamiento de datos.
Sistemas de búsqueda de vehículos robados.
Un puesto aparte lo ocupan los llamados navegadores de automóviles, dispositivos de rápido desarrollo que ayudan al conductor a navegar en zonas desconocidas. Indirectamente, los navegadores de automóviles también pueden clasificarse como sistemas de seguridad, pero en este artículo no consideraremos dichos dispositivos.
Antes de revisar sistemas específicos y tipos individuales de equipos, intentaremos resaltar las principales características distintivas de los sistemas de posicionamiento desde el punto de vista del usuario final e indicar su lugar en el sistema de seguridad general. Para ello, utilizaremos un método ahora popular en la literatura técnica para resolver situaciones problemáticas, cuando el usuario hace una pregunta y el desarrollador intenta encontrar la solución más completa y sencilla al problema que surge. Entonces…
1 usuario— director de una empresa dedicada al transporte de carga interurbano. Existe una flota de camiones pesados de largo recorrido que va desde varias unidades hasta muchas docenas. Algunas cargas tienen un valor significativo; la pérdida o daño de la carga pueden causar daños irreparables tanto al bienestar material de la empresa como a su imagen. Se sabe que la situación de la delincuencia en nuestras carreteras y en muchas europeas deja mucho que desear. Desafortunadamente, nuestros propios conductores sin escrúpulos también se aprovechan de esta circunstancia, y ¿dónde está la garantía de que no dejarán que la mercancía se vaya “a la izquierda”, achacándola a unos “elementos criminales” desconocidos?
Pregunta: ¿Es posible proponer un medio de monitorear la ruta de un vehículo para intentar tomar medidas oportunas para devolver la carga o al menos identificar a los conductores poco concienzudos?
Respuesta:Sí, esos medios existen. Basta con equipar el vehículo que transporta cargas especialmente valiosas con equipamiento especial y en la sala de control del garaje colocar un ordenador con un mapa electrónico en el que se mostrará la ubicación actual del vehículo.
El equipo a bordo incluye:
• un receptor de navegación que recibe señales de los satélites de navegación del sistema global de radionavegación por satélite (GPS estadounidense NAVSTAR o GLONASS ruso) y calcula sus coordenadas;
cualquier medio de comunicación por radio global (en la actualidad, se pueden utilizar dispositivos de los sistemas de comunicación por satélite INMARSAT, EutelTracs, el sistema IRIDIUM comenzará a funcionar en un futuro próximo, con el desarrollo de los sistemas de comunicación por telefonía celular, un área de cobertura más grande, especialmente en Europa y en las rutas más importantes de Rusia, se puede obtener utilizando sistemas estándar GSM);
un ordenador de a bordo que controla el funcionamiento del receptor de navegación y del equipo de comunicación.
El coste de dicho equipo a bordo puede oscilar entre 2 y 10 mil dólares.
La computadora de a bordo analiza las coordenadas actuales del vehículo y, según el algoritmo incorporado en él, transmite datos sobre la ubicación del vehículo controlado a través del sistema de comunicaciones global a la sala de control.
El algoritmo de funcionamiento del ordenador de a bordo depende en gran medida de la importancia de la carga transportada. Si no te importa gastar dinero para estar totalmente tranquilo, podrás recibir información cada pocos minutos, pagando un dólar, o incluso varios dólares, por cada mensaje. Es mucho más razonable reducir al máximo la cantidad de mensajes transmitidos y encender los equipos de comunicación solo en situaciones en las que existe una amenaza real para el vehículo. Tales situaciones pueden incluir que el conductor encienda una alarma, una desviación significativa del vehículo de la ruta programada en la computadora de a bordo, estacionamiento no planificado de larga duración del vehículo, la activación de varios sensores: sensor de vuelco, sensor de impacto, contenedor sensor de bloqueo de puerta, etc.
Esta opción le permite tener constantemente (o en situaciones de alarma) información sobre la ubicación del vehículo y el estado de la carga. Otra pregunta es ¿qué puede aportar tener esta información? ¿Podrá, después de recibir una señal de alarma, ponerse en contacto rápidamente con las fuerzas del orden (policía de tránsito), tanto en Rusia como en el extranjero? y convencerlos de que tomen medidas para salvar su carga?
Con costos mucho más bajos, es posible monitorear la integridad (o confiabilidad) de los conductores. En este caso, es posible excluir del equipo de a bordo los equipos de comunicación (¿de qué sirve recibir rápidamente información sobre la situación si no hay posibilidad de influir en ella?), lo que reducirá el límite superior del coste de el equipo hasta el límite inferior (es decir, hasta 2 — 3 mil dólares). La computadora de a bordo registra y almacena a largo plazo toda la información a lo largo de la ruta del vehículo (coordenadas de los puntos de la ruta, ubicación y duración de las paradas, hechos de encendido y apagado del motor, apertura de las puertas de los contenedores, así como, por ejemplo). ej., consumo de combustible, temperatura de un contenedor isotérmico o frigorífico, etc.).
Cuando el vehículo regresa de un viaje, la información acumulada se toma de la computadora de a bordo y se analiza mediante un programa especial en la computadora del despachador. Se determinan los hechos de desviación de la ruta indicada y la influencia no autorizada sobre la carga. La información obtenida también puede ser útil para la planificación posterior de rutas, para resolver disputas sobre posibles daños a la carga con su propietario (en el caso, por ejemplo, del control de la temperatura de un contenedor). Este método de control, especialmente si puede usarse en secreto por parte del conductor, le permite disciplinar significativamente al personal de servicio y deshacerse de los conductores sin escrúpulos.
¿Qué otras cualidades deben tener los equipos de a bordo para el seguimiento de las rutas de los vehículos? En primer lugar, es necesario resolver la cuestión de la protección de los equipos contra influencias externas, incluidos los propios conductores. Como mínimo, el equipo debe registrar los hechos de su desconexión de la red de a bordo del vehículo, los hechos del impacto en la antena receptora del receptor de navegación o la antena del sistema de comunicación (un intento de tapar la antena con una radio -material opaco, para arrancarlo del cable). Idealmente, el equipo debería estar completamente integrado con el equipo electrónico del automóvil de tal manera que su falla conduzca a la imposibilidad de seguir moviendo el automóvil.
2 Usuario— el director de una empresa que protege bienes materiales o personas transportadas mediante vehículos especialmente equipados de una flota limitada. El movimiento de vehículos se realiza en un área limitada (una gran ciudad con suburbios cercanos). El territorio se caracteriza por la presencia de una infraestructura bastante desarrollada: comunicaciones por radio operativas, comunicaciones celulares. Hay destacamentos de policía en el territorio de la ciudad, es posible utilizar grupos policiales móviles operativos (incluido el nuestro).
Pregunta: Cómo garantizar el control operativo sobre el movimiento y el estado de los vehículos controlados, y también en caso de una emergencia, determinar opciones para un impacto óptimo en él ( ¿Encontrar los grupos móviles operativos más cercanos, darles una designación de objetivos, tal vez determinar rutas)?
Respuesta:La situación descrita es una versión clásica de un sistema de despacho para garantizar la seguridad de objetos en movimiento. Esta es el área de aplicación más amplia de los sistemas de determinación de ubicación (solo la tarea de gestionar el movimiento del transporte público puede considerarse más amplia).
Consideremos la estructura y las características funcionales de dicho sistema, implementado utilizando métodos de navegación por radio satelital.
El sistema tiene una estructura general descrita en el artículo anterior y consta de un subsistema de determinación de la ubicación de objetos en movimiento, un subsistema de transmisión de datos y un subsistema de control y procesamiento de datos (centro de control).
El subsistema para determinar la ubicación de objetos en movimiento se construye sobre la base de los receptores de navegación de los sistemas de radionavegación por satélite GPS NAVSTAR o GLONASS. Como subsistema de transmisión de datos, es recomendable utilizar cualquier sistema de radiocomunicación móvil VHF basado en sistemas de comunicación lineal, troncales o celulares combinados con sistemas de comunicación por voz o especialmente diseñados para la transmisión de datos. El subsistema de control y procesamiento de datos se construye sobre la base de una red informática. La red suele incluir un servidor de comunicaciones que asegura el intercambio de datos entre el centro de control y los objetos móviles que tiene asignados, equipados con el equipamiento adecuado; servidor de información y control que proporciona mantenimiento de bases de datos de objetos en movimiento, análisis de situaciones operativas, desarrollo de algoritmos de control, etc.; estaciones de trabajo de despachadores, asegurando la organización del trabajo de los despachadores de sistemas para monitorear los objetos móviles asignados utilizando tecnologías de información geográfica. En el caso más simple, todas estas funciones se pueden asignar a una computadora, que es al mismo tiempo la estación de trabajo del despachador.
Consideremos las cuestiones a las que se debe prestar atención al elegir un sistema específico.
Equipo a bordo Los subsistemas de determinación de ubicación y los subsistemas de transmisión de datos, por regla general, se combinan en una sola unidad, en la literatura inglesa llamada Unidad Lógica Móvil (MLU — unidad de control a bordo). Normalmente, una MLU está diseñada para acomodar un subsistema de transmisión de datos específico. Y aquí surgen muchos problemas, ya que actualmente es casi imposible recomendar la estructura delsubsistema de transmisión de datospermitiendo satisfacer las necesidades funcionales de todos los usuarios. Los problemas más difíciles — uso (o ahorro) eficiente del espectro de radiofrecuencia, que, por regla general, debe compartirse con los sistemas operativos de comunicación por voz; minimizar el tamaño y el consumo de energía de los equipos a bordo (lo cual es especialmente importante en el caso de la colocación camuflada de equipos en un vehículo, cuando es necesario utilizar equipos de radio que funcionen con alta potencia de transmisión); asegurar la cobertura de radio requerida del territorio en un momento dado de entrega de información desde el objeto en movimiento al centro de despacho (y viceversa); protección de la información en redes de radio frente a posibles usos no autorizados.
La solución más sencilla es construir un subsistema de transmisión de datos en el territorio de un pequeño asentamiento, para lo cual es posible proporcionar cobertura de radio en todo el territorio utilizando un centro de radio ubicado directamente en las instalaciones del centro de despacho. En este caso, es posible asignar uno o más canales de comunicación para la transmisión de datos (el equipo de radio funciona en frecuencias fijas — canales «lineales»). Las funciones de la MLU en este caso son modular/demodular datos y controlar el modo de recepción/transmisión de una estación de radio VHF convencional. Las MLU de diferentes empresas se diferencian en los tipos de modulación, los métodos de codificación de datos y la protección contra errores utilizados. Normalmente, cuando se utilizan radios VHF convencionales diseñadas para transmisión de voz, se pueden esperar velocidades de datos de 1200-2400 bps. Estos sistemas se caracterizan por un tiempo mínimo de entrega de información al centro de control. En realidad, esto lleva al hecho de que utilizando un canal de comunicación simplex es posible construir un sistema de despacho que consta de 10 a 100 vehículos.
Para garantizar la cobertura radioeléctrica de las grandes ciudades, es necesario utilizar sistemas repetidores. En su forma más simple, esto podría ser un sistema similar a las redes públicas de radioaficionados por paquetes de datos ampliamente utilizadas en algunos países occidentales. Dicha red se construye sobre la base de los repetidores de transmisión de datos más simples (también llamados digipeaters — «repetidores de datos»), que incluyen un transceptor VHF de aficionado (por ejemplo, 144 o 430 MHz) y un módem de radio estándar TNC-2, que asegura la formación y transmisión de paquetes utilizando el protocolo AX-25 (una modificación del conocido protocolo X-25 para trabajar en redes de radio). Para simplificar una solución de este tipo, hay que pagar un tiempo bastante largo por la entrega de información al centro a través de una cadena de alimentadores digitales, una tasa de utilización muy baja del espectro de radio asignado y la vulnerabilidad absoluta del sistema frente a la intrusión de usuarios “extranjeros” (¡después de todo, se basa en soluciones utilizadas específicamente para redes públicas!).
Se pueden construir sistemas más serios sobre la base de redes de comunicación por radio troncales. Las cuestiones de la construcción de tales redes y sus capacidades desde el punto de vista de la transmisión de datos se analizan con suficiente detalle en diversas publicaciones. Es cierto que los sistemas de comunicación troncales analógicos que existen actualmente están diseñados principalmente para proporcionar comunicaciones de voz (y en Rusia, además, se consideran un sustituto más económico de las comunicaciones celulares), por lo que la transferencia de grandes cantidades de datos en estas redes puede resultar ineficaz. . Los últimos sistemas de troncales digitales son más prometedores a este respecto. Probablemente, solo con la introducción de sistemas digitales será posible refutar la opinión de algunos expertos de que un intento de combinar voz y datos en una red de radio conduce a un deterioro significativo en la calidad de las comunicaciones de voz, sin lograr la transmisión de datos requerida. parámetros.
La cuestión de la creación de redes especiales de transmisión de datos por radio a menudo debe resolverse desde un punto de vista económico más que técnico. Algunas empresas ofrecen buenas soluciones técnicas. Por ejemplo, el sistema DataTAC de Motorola es muy eficaz. Sin embargo, la implementación de tales sistemas requiere importantes inversiones de capital y sólo pueden dar sus frutos cuando los sistemas están muy cargados. El sistema DataTAC en 10 a 12 canales de comunicación dedicados podría permitir la construcción de subsistemas de transmisión de datos para una gran cantidad de sistemas de despacho para garantizar la seguridad de los objetos móviles en Moscú.
En una situación en la que no existe una posibilidad real de crear un sistema especial de transmisión de datos utilizando canales de comunicación por radio VHF, la perspectiva de utilizar sistemas de comunicación por telefonía celular parece muy tentadora. La principal ventaja de los sistemas de comunicación celular es la presencia de una infraestructura desarrollada que proporciona una muy buena cobertura de radio en la ciudad y a lo largo de las rutas principales cuando se utilizan equipos de transmisión de radio de baja potencia para suscriptores. Las posibilidades de roaming interregional e interestatal permiten construir sistemas con cobertura global. Al igual que con los sistemas de radio VHF troncalizados, los sistemas celulares digitales pueden proporcionar el mayor beneficio. El uso de sistemas analógicos conlleva un aumento significativo del tiempo de transmisión de datos (principalmente debido al largo tiempo que lleva establecer una conexión para los dispositivos del abonado) o un aumento injustificado del coste de la transmisión de datos. Al mismo tiempo, las capacidades de las redes celulares GSM brindan un servicio como la transmisión de mensajes cortos. La transmisión de mensajes cortos (140-160 bytes de información) se realiza a velocidades más bajas a través de los canales de la red de servicios, sin afectar significativamente la calidad de la comunicación de voz. La productividad del centro de servicios de mensajes cortos puede alcanzar varios cientos de mensajes por segundo, con un tiempo de entrega de información de un abonado a otro de varios segundos a medio minuto. Estos son indicadores bastante aceptables para la mayoría de los sistemas de despacho para garantizar la seguridad de los objetos en movimiento.
La base del hardware subsistemas de control y procesamiento de datos normalmente una red local de ordenadores personales y servidores. La estructura del servidor de comunicaciones está estrechamente relacionada con la estructura del subsistema de transmisión de datos. Para el servidor de gestión de la información y las estaciones de trabajo del despachador, podemos identificar algunas características inherentes a cualquier sistema de despacho. El lugar de trabajo del despachador es un mapa electrónico del territorio, que muestra la ubicación de los vehículos asignados al despachador e información auxiliar. El software debe facilitar al máximo el trabajo del despachador, liberándolo de las operaciones rutinarias de seguimiento directo de los vehículos. Los algoritmos de envío y visualización de información deben proporcionar una interfaz de múltiples ventanas para rastrear varios objetos, así como la capacidad de activar el modo de seguimiento para un objeto específico cuando ocurre una situación excepcional, determinada por el servidor de información y control (alarma a bordo, sensores activados, desviación de la ruta, etc.). Cuando surge una situación alarmante, se deben proponer opciones de respuesta basadas en un análisis de la ubicación de las fuerzas de respuesta más cercanas (ubicación de puestos policiales, grupos móviles operativos en movimiento o en bases, etc.), así como opciones para comunicar el control. información a las fuerzas de respuesta. La función más importante del servidor de información y control puede considerarse la función de asegurar el ahorro (o uso eficiente) del espectro de radiofrecuencia asignado en el caso de utilizar sistemas de comunicación lineal o la programación en el caso de utilizar sistemas públicos. Se pueden lograr ahorros mediante el uso de algoritmos adaptativos para el intercambio de información con equipos a bordo (cambiando la frecuencia de recepción de información de ubicación dependiendo de la importancia del objeto de seguimiento, la velocidad de su movimiento, solicitudes sincronizadas en grupo, solicitudes que indican los límites de el área donde se encuentra el objeto, etc.).
3 Usuario — el jefe de una unidad de orden público o servicio de rescate cuyas fuerzas móviles operativas operar en el territorio de una gran ciudad.
Pregunta:¿Cómo podemos garantizar un seguimiento constante de la ubicación de los escuadrones operativos, de modo que si surge una situación crítica, podamos determinar los escuadrones más cercanos a este lugar y darles una designación de objetivo?
Respuesta:En general, sus problemas se pueden solucionar por los mismos medios que el usuario anterior. Parte de las funciones del sistema de despacho para garantizar la seguridad de los objetos móviles está dirigida específicamente a determinar la ubicación de las fuerzas de respuesta móviles y aplicarles acciones de control. Probablemente, se debe prestar la mayor atención a garantizar la protección de la información que viaja en el subsistema de transmisión de datos contra el uso no autorizado, así como a aumentar la confiabilidad del funcionamiento de este subsistema duplicando canales de comunicación o incluso utilizando varios subsistemas paralelos. En este caso, aumentan los requisitos para las capacidades «inteligentes» del equipo de a bordo del sistema: la computadora de a bordo debe detectar situaciones de interrupción de los subsistemas de transmisión de datos y poder influir activamente en este subsistema.
4 Usuario es el director de una compañía de seguros que asegura a los propietarios de coches caros en caso de robo.
Pregunta: ¿Es posible ofrecer un medio para determinar la ubicación de un coche robado si ha pasado algún tiempo desde el robo?
Respuesta:Si en su ciudad existe un sistema de despacho en funcionamiento para garantizar la seguridad de los objetos móviles (consulte la Pregunta del usuario 2), puede recomendar a sus clientes que equipen sus vehículos con equipos a bordo de dicho sistema. La activación del modo para transmitir datos sobre la ubicación del vehículo es posible tanto cuando se activan los sensores de alarma de seguridad del vehículo como de forma remota cuando el propietario recibe una señal sobre el robo del vehículo. La devolución de un vehículo puede ser realizada por las mismas unidades que velan por la seguridad de otros vehículos en su sistema.
En este caso, los equipos de a bordo deben cumplir unos requisitos comunes a todos los sistemas de protección antirrobo de los vehículos. Es necesario asegurar las dimensiones mínimas del equipo, colocarlo de forma camuflada en el vehículo y dotarlo de alimentación autónoma en caso de que se desconecte la red de a bordo del vehículo. Las mayores oportunidades las pueden proporcionar los sistemas que funcionan sobre la base de redes celulares, ya que pueden minimizar el consumo de energía de los equipos a bordo en el modo de transmisión de datos.
Conclusión
Este artículo no cubre todas las opciones para utilizar sistemas de posicionamiento por satélite para garantizar la seguridad. Sin embargo, el enfoque propuesto y los ejemplos descritos pueden convertirse en la base para que los especialistas analicen una situación específica y elijan métodos para organizar el sistema. El próximo artículo analizará formas específicas de implementar sistemas, analizando sus aspectos positivos y negativos desde el punto de vista de su posible uso con fines de seguridad.