tuzsutТруды учебных заведений связиProceedings of Telecommunication Universities1813-324X2712-8830СПбГУТ10.31854/1813-324X-2020-6-2-87-102tuzsut-124Research ArticleРАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬRADIO ENGINEERING AND COMMUNICATIONОценка точности позиционирования источника радиоизлучения разностно-дальномерным и угломерным методами. Часть 3. 3D-моделированиеPositioning Accuracy Evaluation of Radio Emission Sources Using Time Difference of Arrival and Angle of Arrival Methods. Part 3. 3D-SimulationФокинГ. А.FokinG. ..grihafokin@gmail.comЛазаревВ. О.LazarevV. ..noemail@neicon.ruСанкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-БруевичаРоссияThe Bonch-Bruevich Saint Petersburg State University of TelecommunicationsRussian Federation2020130420216287102Copyright © Фокин Г.А., Лазарев В.О., 20212021Фокин Г.А., Лазарев В.О.Fokin G..., Lazarev V...This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tuzs.sut.ru/jour/article/view/124

Настоящая работа завершает цикл исследований по оценке точности позиционирования источников радиоизлучения с использованием разностно-дальномерного и/или угломерного метода для пространственного сценария. Предложен комплекс моделей и методов оценки пределов точности позиционирования по метрике эллипсоида рассеяния нижней границы Крамера - Рао и кругового сферического отклонения в 3D. На основе разработанного инструментария выполнен количественный и качественный анализ сценариев позиционирования в сверхплотных радиосетях 5G. Полученные оценки позволили верифицировать требования спецификаций 3GPP по точности и надежности приложений и услуг геолокации в перспективной экосистеме 5G.

This work completes a series of studies evaluating positioning accuracy of radiation sources using the differential-range and / or goniometric method for the spatial scenario. A complex of models and methods is proposed for estimating the limits of positioning accuracy by the metric of the scattering ellipsoid of the lower Cramer - Rao boundary and circular spherical deviation in 3D. Based on the developed tools, a quantitative and qualitative analysis of positioning scenarios in superdense 5G radio networks was performed. The assessments made it possible to verify the requirements of 3GPP specifications for the accuracy and reliability of geolocation applications and services in the promising 5G ecosystem.

нижняя граница Крамера - Раоэллипсоид рассеяниясферическое вероятное отклонениеразностно-дальномерный методугломерный методпозиционирование5G3GPPCramer - Rao Lower BandConcentration EllipsoidSpherical Error ProbableTime Difference of ArrivalAngle of Arrivalpositioning 5GReferencesПирмагомедов Р.Я., Молчанов Д.А., Кучерявый Е.А. Исследование характеристик ячеистых сетей миллиметрового диапазона при их использовании в среде с динамической блокировкой // Электросвязь. 2019. № 11. С. 29-34.Пирмагомедов Р.Я., Молчанов Д.А., Кучерявый Е.А. Исследование характеристик ячеистых сетей миллиметрового диапазона при их использовании в среде с динамической блокировкой // Электросвязь. 2019. № 11. С. 29-34.Тонких Е.В., Парамонов А.И., Кучерявый А.Е. Анализ беспроводной сети Интернета вещей высокой плотности // Электросвязь. 2020. № 1. С. 44-48. DOI:10.34832/ELSV.2020.2.1.006Тонких Е.В., Парамонов А.И., Кучерявый А.Е. Анализ беспроводной сети Интернета вещей высокой плотности // Электросвязь. 2020. № 1. С. 44-48. DOI:10.34832/ELSV.2020.2.1.006Кучерявый А.Е., Бородин А.С., Киричек Р.В. Сети связи 2030 // Электросвязь. 2018. № 11. С. 52-56.Кучерявый А.Е., Бородин А.С., Киричек Р.В. Сети связи 2030 // Электросвязь. 2018. № 11. С. 52-56.Бородин А.С., Кучерявый А.Е., Парамонов А.И. Особенности использования D2D-технологий в зависимости от плотности пользователей и устройств // Электросвязь. 2018. № 10. С. 40-45.Бородин А.С., Кучерявый А.Е., Парамонов А.И. Особенности использования D2D-технологий в зависимости от плотности пользователей и устройств // Электросвязь. 2018. № 10. С. 40-45.Кучерявый А.Е., Прокопьев А.В., Кучерявый Е.А. Самоорганизующиеся сети. СПб: Типография Любавич, 2011.Кучерявый А.Е., Прокопьев А.В., Кучерявый Е.А. Самоорганизующиеся сети. СПб: Типография Любавич, 2011.Бабков В.Ю., Фокин Г.А. Оценка вероятности успешного радиоприема в самоорганизующихся пакетных радиосетях на основе радиостанций с направленными антеннами // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Информатика. Телекоммуникации. Управление. 2009. № 4(82). С. 77-84.Бабков В.Ю., Фокин Г.А. Оценка вероятности успешного радиоприема в самоорганизующихся пакетных радиосетях на основе радиостанций с направленными антеннами // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Информатика. Телекоммуникации. Управление. 2009. № 4(82). С. 77-84.Фокин Г.А. Управление самоорганизующимися пакетными радиосетями на основе радиостанций с направленными антеннами. Дис. … канд. техн. наук. СПб: СПбГУТ, 2009.Фокин Г.А. Управление самоорганизующимися пакетными радиосетями на основе радиостанций с направленными антеннами. Дис. … канд. техн. наук. СПб: СПбГУТ, 2009.Лазарев В.О., Фокин Г.А. Оценка точности позиционирования источника радиоизлучения разностно-дальномерным и угломерным методами. Часть 1 // Труды учебных заведений связи. 2019. Т. 5. № 2. С. 88-100. DOI:10.31854/1813-324X-2019-5-2-88-100Лазарев В.О., Фокин Г.А. Оценка точности позиционирования источника радиоизлучения разностно-дальномерным и угломерным методами. Часть 1 // Труды учебных заведений связи. 2019. Т. 5. № 2. С. 88-100. DOI:10.31854/1813-324X-2019-5-2-88-100Фокин Г.А., Лазарев В.О. Оценка точности позиционирования источника радиоизлучения разностно-дальномерным и угломерным методами. Часть 2. 2D-моделирование // Труды учебных заведений связи. 2019. Т. 5. № 4. С. 65-78. DOI:10.31854/1813-324X-2019-5-4-65-78Фокин Г.А., Лазарев В.О. Оценка точности позиционирования источника радиоизлучения разностно-дальномерным и угломерным методами. Часть 2. 2D-моделирование // Труды учебных заведений связи. 2019. Т. 5. № 4. С. 65-78. DOI:10.31854/1813-324X-2019-5-4-65-78Torrieri D.J. Statistical Theory of Passive Location Systems // Cox I.J., Wilfong G.T. (eds) Autonomous Robot Vehicles. New York: Springer, 1990. DOI:10.1007/978-1-4613-8997-2_13Torrieri D.J. Statistical Theory of Passive Location Systems // Cox I.J., Wilfong G.T. (eds) Autonomous Robot Vehicles. New York: Springer, 1990. DOI:10.1007/978-1-4613-8997-2_13Høye G. Analyses of the geolocation accuracy that can be obtained from shipborne sensors by use of time difference of arrival (TDOA), scanphase, and angle of arrival (AOA) measurements. FFI-rapport 2010/00737. Forsvarets forskningsinstitutt/ Norwegian Defence Research Establishment (FFI). 178 p.Høye G. Analyses of the geolocation accuracy that can be obtained from shipborne sensors by use of time difference of arrival (TDOA), scanphase, and angle of arrival (AOA) measurements. FFI-rapport 2010/00737. Forsvarets forskningsinstitutt/ Norwegian Defence Research Establishment (FFI). 178 p.Reza A., Sengupta A.S. Least square ellipsoid fitting using iterative orthogonal transformations // Applied Mathematics and Computation. 2017. Vol. 314. PP. 349-359. DOI:10.1016/j.amc.2017.07.025Reza A., Sengupta A.S. Least square ellipsoid fitting using iterative orthogonal transformations // Applied Mathematics and Computation. 2017. Vol. 314. PP. 349-359. DOI:10.1016/j.amc.2017.07.025Bar-Shalom Y., Li. X.R., Kirubarajan T. Estimation with Applications to Tracking and Navigation. Hoboken: John Wiley & Sons, 2001. 584 p.Bar-Shalom Y., Li. X.R., Kirubarajan T. Estimation with Applications to Tracking and Navigation. Hoboken: John Wiley & Sons, 2001. 584 p.Ignagni M. Determination of Circular and Spherical Position-Error Bounds in System Performance Analysis // Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 2010. Vol. 33. Iss. 4. PP.1301-1305. DOI:10.2514/1.47573Ignagni M. Determination of Circular and Spherical Position-Error Bounds in System Performance Analysis // Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 2010. Vol. 33. Iss. 4. PP.1301-1305. DOI:10.2514/1.47573Schulte R.J., Dickinson, D.W. Four Methods of Solving for The Spherical Error Probable Associated with a Three-Dimensional Normal Distribution. Defense Documentation Center. Air Force Missile Development Center. New Mexico: Holloman AFB NM, 1968. DOI:10.21236/ad0666646Schulte R.J., Dickinson, D.W. Four Methods of Solving for The Spherical Error Probable Associated with a Three-Dimensional Normal Distribution. Defense Documentation Center. Air Force Missile Development Center. New Mexico: Holloman AFB NM, 1968. DOI:10.21236/ad0666646Del Marco S. A Series Representation of the Spherical Error Probability Integral // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 1993. Vol. 29. Iss. 4. PP. 1349-1356. DOI:10.1109/7.259539Del Marco S. A Series Representation of the Spherical Error Probability Integral // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 1993. Vol. 29. Iss. 4. PP. 1349-1356. DOI:10.1109/7.259539Johnson R.S., Cottrill S.D., Peebles P.Z. A Computation of Radar CEP and SEP // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 1969. Vol. AES-5. Iss. 2. PP. 353-354. DOI:10.1109/TAES.1969.309930Johnson R.S., Cottrill S.D., Peebles P.Z. A Computation of Radar CEP and SEP // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 1969. Vol. AES-5. Iss. 2. PP. 353-354. DOI:10.1109/TAES.1969.309930Zekavat R., Buehrer R.M. Handbook of Position Location: Theory, Practice, and Advances. Hoboken: John Wiley & Sons, 2019.Zekavat R., Buehrer R.M. Handbook of Position Location: Theory, Practice, and Advances. Hoboken: John Wiley & Sons, 2019.GPP TR 22.862 V14.1.0. Feasibility Study on New Services and Markets Technology Enabler for Critical Communications, Stage 1. Release 14. Sep. 2016.GPP TR 22.862 V14.1.0. Feasibility Study on New Services and Markets Technology Enabler for Critical Communications, Stage 1. Release 14. Sep. 2016.GPP TS 22.261 V17.1.0. Service requirements for the 5G system, Stage 1. Release 17. Dec. 2019.GPP TS 22.261 V17.1.0. Service requirements for the 5G system, Stage 1. Release 17. Dec. 2019.Фокин Г.А. Методика идентификации прямой видимости в радиолиниях сетей мобильной связи 4-го поколения с пространственной обработкой сигналов // Труды Научно-исследовательского института радио. 2013. № 3. С. 78-82.Фокин Г.А. Методика идентификации прямой видимости в радиолиниях сетей мобильной связи 4-го поколения с пространственной обработкой сигналов // Труды Научно-исследовательского института радио. 2013. № 3. С. 78-82.Фокин Г.А. Имитационное моделирование процесса распространения радиоволн в радиолиниях сетей мобильной связи 4-го поколения с пространственной обработкой сигналов // Труды Научно-исследовательского института радио. 2013. № 3. С. 83-89.Фокин Г.А. Имитационное моделирование процесса распространения радиоволн в радиолиниях сетей мобильной связи 4-го поколения с пространственной обработкой сигналов // Труды Научно-исследовательского института радио. 2013. № 3. С. 83-89.Фокин Г.А. Комплексная имитационная модель для позиционирования источников радиоизлучения в условиях отсутствия прямой видимости // Труды учебных заведений связи. 2018. Т. 4. № 1. С. 85-101. DOI:10.31854/1813-324x-2018-1-85-101Фокин Г.А. Комплексная имитационная модель для позиционирования источников радиоизлучения в условиях отсутствия прямой видимости // Труды учебных заведений связи. 2018. Т. 4. № 1. С. 85-101. DOI:10.31854/1813-324x-2018-1-85-101Аль-Одхари А.Х., Фокин Г.А. Позиционирование источников радиоизлучения в условиях высокогорья с использованием беспилотных летательных аппаратов // Труды учебных заведений связи. 2018. Т. 4. № 2. С. 5-17. DOI:10.31854/1813-324x-2018-2-5-17Аль-Одхари А.Х., Фокин Г.А. Позиционирование источников радиоизлучения в условиях высокогорья с использованием беспилотных летательных аппаратов // Труды учебных заведений связи. 2018. Т. 4. № 2. С. 5-17. DOI:10.31854/1813-324x-2018-2-5-17

The authors declare that there are no conflicts of interest present.