Ultra geniş bant teknolojisi ile kapalı alanlarda konum belirleme
Indoor positioning system based on ultra wide band technology
Yazar: ARİF ŞAHİN
Danışman: DOÇ. DR. İBRAHİM ALIŞKAN
Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında iç mekânlarda iki boyutlu uzayda (x, y) hassas konum kestirim sistemi tasarlanması ve uygulanması hedeflenmiştir. Kapalı alanlarda ve iç mekanlarda konum belirlemede kullanılan birçok teknoloji mevcuttur. Radyo Frekansı ile Tanımlama (RFID), Ultra Geniş Bant (UWB), Wi-Fi, ZigBee ve Bluetooth söz konusu teknolojiler arasında bulunmaktadır. Diğer teknolojilerle kıyaslandığında maliyet, kapsama alanı ve konum kestiriminde yüksek doğruluğa olanak sağlayan Ultra Geniş Bant (UWB) teknolojisi bu projede kullanılmıştır. Oluşturulan sistem temel olarak hedef nesne (Tag), üç adet sabit referans alıcı modül (Anchor) ve elde edilen dataları işleyerek simüle eden bir ana bilgisayardan oluşmaktadır. Sistemde sabit referans alıcıların ana bilgisayar ile haberleşebilmesi için bir erişim noktası (AP) ile lokal ağ kurulmuştur. Projede mesafe ölçümleri için Varış Zaman Farkı (TDoA) metodu seçilmiş ve çalışmada uygulanmıştır. Matematiksel konum belirleme tahmin metodu olarak Çember Kesişimi (Trilateration) uygulanmıştır. Hedef nesnenin anlık konum kestirimi milisaniye mertebesinde döngüler halinde sürekli devam etmesiyle Gerçek Zamanlı
Konum Belirleme Sistemi (RTLS) gerçekleştirilmiş ve ana sunucu üzerinde simüle edilmiştir. Deney ortamında konum kestirimlerinde tespit edilen hatalar irdelenmiş ve hataların azaltılabilmesi amacıyla çalışmalar yapılmıştır. Bu kapsamda modüller arasındaki mesafe ölçüm değerlerinin doğruluğunun artırılması ve konum tahminlerin iyileştirilmesi için sisteme Kalman filtresi uygulanmıştır. Ayrıca sabit referans alıcıların dikey pozisyonda, eşit yükseklikte ve dar açılı üçgen oluşturacak şekilde deney ortamına yerleştirildiklerinde konum kestirimindeki doğruluğun artırıldığı saptanmıştır. Filtre uygulaması ve sabit referans alıcı modüllerin optimum pozisyonlara yerleştirilmesiyle en iyi sonuçlar elde edilmiştir.

Abstract:
In this thesis, it is aimed to design and implement a system that can make precise position estimation on two-dimensional space (x, y) for indoor areas. There are many technologies used for solution in determining location indoor areas. Technologies such as Radio Frequency Identification (RFID), Ultra Wide Band (UWB), Wireless Fidelity (Wi-Fi), ZigBee and Bluetooth are among these solutions. Compared to other technologies, UWB technology, which provides high accuracy in cost, coverage and location estimation, was used in this project. The created system basically consists of the target object (Tag), three fixed reference receiver modules (Anchor) and a main PC that processes and simulates the obtained data. In this system, a local network is established with an access point (AP) so that fixed reference receivers can communicate with the host computer. In the project, the Time Difference of Arrival (TDoA) method was chosen for distance measurements and applied in the study. Trilateration was applied as a mathematical positioning estimation method. Real-Time Positioning System(RTLS) was created and simulated on the host computer, with the instantaneous location estimation of the target object continuing in millisecond cycles. The errors detected in the position estimations in the experimental environment were examined and studies were carried out in order to reduce the errors. In this context, Kalman filter was applied to the system in order to increase the accuracy of the distance measurement values between the modules and thus to improve the location estimations. In addition, it has been determined that the accuracy in position estimation is increased when the fixed reference receivers are placed in the experimental environment in a vertical position, equal height and forming an acute-angled triangle. The best results were obtained by applying filters and placing the fixed reference receiver modules in optimum positions.