Σύστημα εντοπισμού θέσης πραγματικού χρόνου με χρήση τεχνολογίας Ultra - Wideband

Abstract

Τις τελευταίες δεκαετίες, η τεχνολογία GPS είναι πολύ διαδεδομένη και βρίσκεται στο επίκεντρο συζήτησης και έρευνας. Οι δυνατότητες που μπορεί να έχει ένα τέτοιο σύστημα GPS είναι γνωστές, άλλα ακόμα δεν είναι δυνατό να δημιουργηθεί μια οικονομική και εύκολη λύση πάνω στην υπάρχουσα υποδομή του GPS, για τη διασπορά του σήματος στο εσωτερικό κτιρίων καθώς και μέσα από εμπόδια. Ωστόσο, με την εμπειρία των τελευταίων ετών, η τεχνολογία UWB μπορεί να είναι ο ιδανικός υποψήφιος για την επίλυση του προβλήματος αυτού. Πρόκειται για ένα νέο πρωτόκολλο ασύρματης επικοινωνίας μικρής εμβέλειας που λειτουργεί μέσω ραδιοκυμάτων. Αυτή η νέα τεχνολογία υποστηρίζει τη μεταβίβαση της ψηφιακής πληροφορίας και σε αντίθεση με παρόμοιες τεχνολογίες, λειτουργεί σε πολύ υψηλές συχνότητες με χρήση χαμηλής ισχύος, συνεπώς και σε ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων της τάξης των GHz. Η τεχνολογία UWB μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη λήψη εξαιρετικά ακριβών χωρικών και κατευθυντικών δεδομένων. Στόχος της παρούσας Διπλωματικής Εργασίας είναι η ανάπτυξη ενός Συστήματος Εντοπισμού Θέσης σε Πραγματικό χρόνο (RTLS), σε εσωτερικό χώρο με χρήση της τεχνολογίας UWB. Αρχικά, αναλύθηκαν οι εφαρμογές και οι υποψήφιες τεχνολογίες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ένα τέτοιο σύστημα. Επιλέχθηκε η τεχνολογία UWB, για τα οφέλη που την χαρακτηρίζουν και στη συνέχεια με τη χρήση των γνωστών αλγορίθμων εντοπισμού έγινε εφικτή η εκτίμηση της θέσης ενός αντικειμένου στο χώρο με ακρίβεια. Στη συνέχεια αφότου πραγματοποιήθηκε ανάλυση και μελέτη, βάσει του πρότυπου IEEE.802.15.4, της τεχνολογίας UWB και του πομποδέκτη DWM1000, που παρέχεται από την εταιρεία DecaWave, έγινε στο Εργαστήριο Ηλεκτρονικής και Συστημάτων του ΕΜΠ σχεδιασμός και κατασκευή ενός τυπωμένου κυκλώματος σε πλακέτα. Επιπλέον, σε αυτή τη διπλωματική εργασία παρουσιάζεται αναλυτικά η μέθοδος Two Way Ranging (TWR), από την τεχνική εντοπισμού Time of Arrival και οι παραλλαγές SS-TWR και DS-TWR που χρησιμοποιούνται μέσω του DWM1000 για την εκτίμηση της απόστασης μεταξύ δυο μονάδων. Στη συνέχεια, έγινε μια προσπάθεια ανάπτυξης λογισμικού με βάση αυτές τις δυο μεθόδους και τη κατάλληλη διαμόρφωση καναλιού. Τέλος, παρουσιάζεται η λογική πίσω από το λογισμικό, με την βοήθεια διαγραμμάτων ροής καθώς και τα αποτελέσματα που λήφθηκαν από τη πειραματική διαδικασία, η οποία έγινε σε προκαθορισμένο περιβάλλον.