The method of placing the base stations of the local positioning system in the work area with obstacles
Authors: Крижановский М.Н. , Тихонова О.В. 
Published: September 2024

В данной статье рассматриваются существующие методы расстановки базовых станций локальной системы позиционирования в рабочей зоне. Выбор способа расстановки станций во многом определяет конечную точность и экономическую целесообразность всей проектируемой системы. Обзор научной литературы показал, что в настоящее время отсутствует универсальная методика размещения базовых станций в рабочей зоне позиционирования. Существующие решения реализуют либо один из стандартных подходов размещения станций по сетке, либо воплощают метод перебора множества комбинаций размещений. Метод расстановки станций по сетке не приспособлен к условиям проектирования системы позиционирования в рабочей зоне сложной формы, разделенной внутри различными перегородками и массивными объектами, так как не учитывает особенности распространения радиосигнала. Метод перебора различных комбинаций размещения базовых станций в большинстве программных реализаций сводится к минимизации влияния геометрического фактора (Geometric Dilution of Precision – GDOP) на погрешность измерений расстояний до станций и так же не учитывает искажения навигационного сигнала, вносимые при прохождении сквозь различные препятствия. Поэтому разработка методики размещения базовых станций локальной системы позиционирования является актуальной проблемой и именно ее решению посвящена статья. Согласно предлагаемой методике, рабочая зона, содержащая на своей площади массивные препятствия, разбивается на выпуклые свободные подобласти в соответствии с жадным алгоритмом, в которых и осуществляется расстановка базовых станций. В результате работы над статьей выведены принципы для работы методики расстановки базовых станций и предложен универсальный алгоритм размещения станций в рабочих зонах с препятствиями.

This article discusses the existing methods of positioning the base stations of the local positioning system in the work area. The choice of the station placement method largely determines the final accuracy and economic feasibility of the entire designed system. A review of the scientific literature has shown that there is currently no universal method for placing base stations in the positioning work area. Existing solutions implement either one of the standard approaches of station placement on a grid, or embody a method of sorting through many combinations of placements. The method of placing stations on a grid is not adapted to the conditions of designing a positioning system in a complex-shaped work area divided internally by various partitions and massive objects, since it does not take into account the peculiarities of radio signal propagation. The method of sorting through various combinations of base station placement in most software implementations is reduced to minimizing the influence of a geometric factor (Geometric Dilution of Precision - GDOP) on the measurement error of distances to stations and also does not take into account the distortion of the navigation signal introduced when passing through various obstacles. Therefore, the development of a methodology for the placement of base stations of a local positioning system is an urgent problem and the article is devoted to its solution. According to the proposed methodology, the working area containing massive obstacles on its area is divided into convex free subdomains in accordance with a greedy algorithm, in which the base stations are arranged. As a result of the work on the article, the principles for the operation of the base station placement methodology are outlined and a universal algorithm for station placement in work areas with obstacles is proposed.