UWB ile varış zamanı farkına dayalı konum kestirimi
Position estimation using the time difference of arrival via UWB
Yazar: MEHMET KURNAZ
Danışman: DOÇ. DR. HASARİ ÇELEBİ
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Bilim ve Teknoloji = Science and Technology

Özet:
Konum kestirim sistemleri, hareketli bir cihazın kablosuz ağ içindeki sabit cihazlara iletmiş olduğu sinyal bilgileri kullanılarak bulunduğu konumun tespit edilmesi amacıyla geliştirilen teknolojileri içermektedir. Konum kestirim sistemlerinde kullanılan sinyal teknolojileri, ölçüm yöntemleri ve kestirim algoritmaları farklılık gösterebilmektedir. 
Bu çalışmada sinyal teknolojisi olarak UWB (Ultra Wide Band- Ultra Geniş Band) kullanılmıştır. UWB sinyal teknolojisi için ölçüm yöntemlerinin neredeyse tamamı kullanılabilir olsa da en yaygın olanı ToA (Time of Arrival- Varış Zamanı) ve TDoA (Time Difference of Arrival- Varış Zamanları Farkı ) yöntemleridir. Çalışma kapsamında TDoA ölçüm yöntemi tercih edilmiştir. TDoA yönteminde, birbirleri ile saat senkronize çalışan ve konumları bilinen alıcılar kullanılmaktadır. Kaynaktan yayılan sinyalin her hangi iki alıcıya geliş zamanları farkı doğrusal olmayan hiperbolik bir denklem oluşturmaktadır. İki veya daha fazla hiperbol denkleminin kesişim noktası kaynağın konumunu vermektedir. Multilaterasyon olarak adlandırılan bu yöntemin en önemli problemi doğrusal olmayan iki hiperbol denkleminin kesişim noktalarında çözümüdür.  Bu problemin çözümünde kullanılan en yaygın yöntem, Taylor Serileri Açılımını kullanarak denklemlerin doğrusal forma kavuşturulmasıdır.  Doğrusal forma kavuşturulan denklemler iterasyon ile kaynağın konumuna yakınsayacaktır. İterasyon için başlangıç değeri gerekmektedir ki mevcut çalışmalarda rastgele seçilmektedir.
Bu çalışmada doğrusal olmayan hiperbol denklemleri yerine doğrusal olan asimptot denklemleri kullanılmıştır. İterasyon adımında başlangıç değeri olarak kullanılan asimptot kesişimleri, rastgele seçilen başlangıç değerine göre iterasyon adım sayısını yarı yarıya azaltmış, sistem performansını arttırmıştır. Doğrusal olmayan hiperbol denklemleri yerine doğrusal asimptot denklemlerinin kullanılabileceği gösterilmiş ve ileriki çalışmalar için yol açılmıştır.

Abstract:
Position estimation systems include technologies developed with an aim to determine the position of a portable device by using the signal information that it transmits to stationary devices within the wireless network. Signal technologies, measurement methods and estimation algorithms used in position estimation systems may differ. 
In  this study, UWB (Ultra-Wide Band) was used as the signal technology. Although almost all of the measurement methods can be used for UWB signal technology, ToA
(Time of Arrival) and TDoA (Time Difference of Arrival) are the most common methods. Within the scope of the study, TDoA measurement method was preferred. In the TDoA method, receivers, which operate as time synchronized with each other and whose positions are known, are used. Time difference of arrival of a signal transmitted from the source to any two receivers create a non-linear hyperbolic equation. The intersection point of two or more hyperbolic equations gives the position of the source. The most important problem of this method called multilateration is the solution of two non-linear hyperbolic equations at the intersection points. The most common method that is used to solve this problem is to enable the linear form of the equations by using the Taylor Series Expansion. The equations whose linear form is enabled will converge to the position of the source through iteration. The initial value is required for iteration and it is randomly selected
in the present studies. 
In this study, linear asymptote equations were used rather than the non-linear hyperbolic equations. Asymptote intersections, which are used as the initial value in the iteration step, reduced the number of the iteration steps by half according to the randomly selected initial value and increased the system performance. It was shown that the linear asymptote equations can be used rather than the non-linear hyperbolic equations and the way was paved for further studies.