Details

Данная работа посвящена созданию и исследованию программно-аппаратного комплекса, предназначенного для поиска и определения координат радиометок в условиях, где сигналы глобальных навигационных спутниковых систем отсутствуют или подавлены. Задачи, которые решались в ходе работы: 1. Проанализировать существующие технологии позиционирования и на их основе разработать алгоритмическую базу, включающую методы определения угла прихода (AoA) и трилатерации для повышения точности и надежности. 2. Спроектировать архитектуру программно-аппаратного комплекса, состоящего из антенного модуля на базе ESP32 и мобильного приложения для ОС Android. 3. Исследовать и реализовать программные модули фильтрации на основе фильтра Калмана для подавления шумов и многолучевых искажений в сигнале RSSI. 4. Реализовать в мобильном приложении автономный режим работы, обеспечивающий полную функциональность, включая навигацию по офлайн-картам, без подключения к сети Интернет. 5. Провести натурные испытания разработанной системы в различных средах и оценить ее точностные и временные характеристики. Работа проведена на базе анализа современных методов радиолокации и инструментов мобильной разработки. Были проведены исследования, включающие сравнительный анализ технологий, проектирование аппаратной части и программную реализацию мобильного приложения с последующим тестированием. В результате были достигнуты следующие результаты: 1. Разработан и создан прототип программно-аппаратного комплекса, включающий вращаемый антенный модуль для определения AoA по минимуму RSSI и РМ, работающую в ISM-диапазоне 433 МГц. 2. Создано мобильное приложение для ОС Android, реализующее управление комплексом, вычисление координат двумя методами (AoA и трилатерация), фильтрацию данных и их визуализацию на карте, в том числе в оффлайн-режиме. 3. Проведены успешные испытания системы в различных средах (открытая местность, город, помещение), которые подтвердили ее работоспособность и позволили оценить точность и скорость определения местоположения в зависимости от выбранного алгоритма и условий. 4. Практически подтверждена эффективность использования ISM- диапазона 433 МГц и метода поиска минимума RSSI для надежного позиционирования в условиях, где ГНСС-системы неэффективны.

This work is dedicated to the creation and research of a hardware-software system designed for searching and determining the coordinates of radio tags in environments where Global Navigation Satellite System (GNSS) signals are absent or suppressed. Tasks addressed during the work: 1. To analyze existing positioning technologies and, based on this analysis, develop an algorithmic foundation including Angle of Arrival and trilateration methods to improve accuracy and reliability. 2. To design the architecture of the hardware-software system, consisting of an ESP32-based antenna module and a mobile application for the Android OS. 3. To research and implement software filtering modules based on the Kalman filter to suppress noise and multipath distortions in the RSSI signal. 4. To implement an autonomous operation mode in the mobile application, ensuring full functionality, including navigation with offline maps, without an Internet connection. 5. To conduct field tests of the developed system in various environments and evaluate its accuracy and time characteristics. The work was conducted based on the analysis of modern radio location methods and mobile development tools. Research was carried out, including a comparative analysis of technologies, hardware design, and software implementation of the mobile application, followed by testing. The following results were achieved: 1. A prototype of the hardware-software system was developed and created, including a rotating antenna module for AoA determination by RSSI minimum and a radio tag operating in the 433 MHz ISM band. 2. An Android OS mobile application was created that implements control of the system, coordinate calculation using two methods (AoA and trilateration), data filtering, and its visualization on a map, including an offline mode. 3. Successful tests of the system were conducted in various environments (open terrain, urban, indoor), which confirmed its viability and allowed for the evaluation of its accuracy and positioning speed depending on the chosen algorithm and conditions. 4. The effectiveness of using the 433 MHz ISM band and the RSSI minimum search method for reliable positioning in conditions where GNSS systems are ineffective has been practically confirmed.