TR2022017194A2 - Tek referans noktali ön kurulumsuz i̇ç ortam konumlandirma yöntemi̇ - Google Patents

Abstract

Buluş; daha önce kurulum/keşif yapılmamış bir yapı içerisinde çoklu anten dizisine sahip ultra geniş bant (ultra-wide band (UWB) ? UGB) radyo alıcı vericilerinin kullanılması ile tek bir sabit referans noktasının kullanıldığı bir konumlandırma yöntemi ile ilgilidir.

Description

TARIFNAME TEK REFERANS NOKTALI ÖN KURULUMSUZ IÇ ORTAM KONUMLANDIRMA YÖNTEMI Teknik Alan Bulus; Ultra Genis Bant (ultra-Wide band (UWB) - UGB) sinyal alicilarinin çoklu anten dizisi ile birlikte kullanarak hareket eden baska bir birim arasi mesafe ve varis açisinin hesaplanmasi ve böylelikle hareketli birimin konumlandirmasi ile ilgilidir. Bulus konusu yöntemde daha önce kurulum/kesif yapilmamis bir yapi içerisindeki çoklu anten dizisine sahip ultra genis bant (ultra-Wide band (UWB) - UGB) radyo alici vericisinin tek bir sabit referans noktasi olarak kullanilmasiyla hareketli bir birimin konumlandirma hesaplanmasi saglanmaktadir. Önceki Teknik Teknikte uzaklik ölçüm araci olarak kablosuz haberlesme sinyalleri (örnek: BLE WiFi Vb.) kullanilmaktadir. Bu sinyaller ile hassas uçus süresi (time of flight (ToF)) ölçümü yapilamamakta olup ölçümler sinyal gücü (RSSI) ölçümleri üzerinden yapilmaktadir. Ortama önceden yerlestirilen ve konumu bilinen sinyal kaynaklannin yaydigi sinyallerin güçlerinin farkli noktalardan ölçülmesi ve sinyal yayilim modelleri ile karsilastirilmasi sonucunda uzaklik ölçümü gerçeklestirilmektedir. Bu sinyaller ile yapilan ölçümler sinyalin güç degisimine dayanmakta olup ortamdaki degisime ve yansimalara karsi dayaniksizdir. Sinyal yayilim modeli içinde bulunulan ortama göre farklilik göstermekte olup genellenememektedir ve sistemin kurulumu yapilacak olan ortama özel kurulum gerekmektedir. Ayrica ortama eklenen veya çikarilan esyalar, ortama giren/çikan canlilar, ortamda bulunan diger sinyal kaynaklari sinyal yayilimini ve ölçülen sinyal gücünü olumsuz bir sekilde etkilemektedir. Bu yüzden kablosuz haberlesme sinyalleri (örnek: BLE ve WiFi) kullanilarak yapilan mesafe ölçümlerinin dogruluk orani çok düsüktür. Kapali ortamlarda konumlandirma temel olarak iki sekilde yapilmaktadir. Bunlardan birincisi parmak izi denilen, bir cihazin, önceden hayali izgaralara ayrilmis bir ortam içinde, konumlari bilinen noktalar üzerinde ortam içinde gezdirilmesi ve bu esnada sinyal seviyelerinin ölçülmesi ile bir veri tabani olusturulmasi fikrine dayanmaktadir. Sonradan alinan sinyal seviyeleri bu seviyeler ile kiyaslanmakta ve kullanicinin hangi izgarada oldugu kiyas yoluyla elde edilmektedir. Parmak izi yönteminde iki büyük sorun olusmaktadir; birincisi ortamdaki her degisiklikte parmak izlerinin tekrar alinmasi gerekmektedir. Ortama eklenen her yeni unsur ölçülen sinyal seviyesinde degisime sebebiyet vermektedir. Bu degisimlerin sinyal seviyesi üzerinde etkisini kestirmek mümkün olmadigi için her degisiklik ardindan veri tabani olusturma sürecini en bastan yürütmek gerekmektedir. Bu sebeple, birçok ortam için kullanimi kolay olmamaktadir. Ayrica, içeride bulunan kullanici sayisi ve bu kullanicilarin konumlari sinyal seviyelerini ciddi bir biçimde etkilediginden, kullanici sayisi degistikçe kullanici konumlarini tespit etmek zorlasmakta ve hata payi artmaktadir. Bu nedenle hassas ölçümler için kullanilma imkâni olmamakta, ancak kontrollü ortamlarda kisitli bir Teknigin bilinen durumunda yaygin olarak kullanilan bir diger yöntem de multilaterasyon yöntemidir. Bu yöntemde, sinyal genliklerine göre alicilara olan mesafelerin kestirimine dayali konumlandirma yapilmaktadir. Buna göre bir kullanicinin konumu, kendisine gönderilen ya da kendisinden alinan sinyalin çesitli yöntemlerle (ping, genlik vb.) ölçülmesi ile elde edilen en az üç noktaya olan mesafelerin yariçap oldugu çemberlerin kesistirilmesi ile elde edilir. Multilaterasyon yönteminde konumlandirma yapilacak alanlardaki alici ve vericilerin ölçüm mesafesine göre belirlenmis bölge basina en az üç ölçüm noktasi gerekmektedir. Konumlandirma alani genisledikçe gereken ölçüm noktasi sayisi artmaktadir. Bu durum yöntemin uygulanmasinda baslica zorluk olarak karsimiza çikmaktadir. Bununla birlikte hassas bir konumlandirma yapmak için kapali ortamda herhangi bir fiziksel degisiklik olmamasi gerekmektedir. Teknigin bilinen durumunda yer alan CNl l 1983559A sayili Çin Patent dokümaninda, bir iç mekân konumlandirma ve navigasyon yöntemi ve cihazindan bahsedilmektedir. Yöntemde, hedef konumda bir birinci baZ istasyonu tarafindan iletilen bir ultra genis bant UWB sinyalinin alinmasi, burada hedef konumun bir iç mekân bölgesinde konumlandirilmasi; elektronik cihaz ve hedef konum arasinda bir göreli konum parametresi elde etmek için önceden ayarlanmis bir algoritmaya göre alinan UWB sinyalinin hesaplanmasi adimlarindan bahsedilmektedir. Teknigin bilinen durumunda yer alan CN112533129A sayili Çin Patent dokümaninda, konumun gerçekligini ölçmek için bir güven faktörü parametresi ekleyerek birinci ekipmanin konumlandirma sonucunu elde etmek için tercihen ikinci ekipmanin konum bilgilerini ve ölçüm bilgilerini kullanabilen ve anlik olarak uygun olan yüksek hassasiyetli bir konumlandirma yönteminden bahsedilmektedir. Teknigin bilinen durumunda yer alan CN110996281A sayili Çin Patent dokümaninda, uçus süresine (Time of Flight - TOF) dayali UWB baz istasyonu saat senkronizasyonu ve kalibrasyonu için bir iç mekân konumlandirma yönteminden bahsedilmektedir. Teknigin bilinen durumunda yer alan CN213336153U sayili Çin Faydali model dokümaninda, ultra genis bant ve IMU'ya (Atalet Ölçüm Birimi) dayali bir iç mekân konumlandirma cihazindan bahsedilmektedir. dokümaninda, hibrit bir iç mekân konumlandirma sistemi ve bunun bir yöntemi ve daha özel olarak, bir IMU (Atalet Ölçüm Birimi) sensörüne ve UWB'ye (Ultra Genis Bant) dayali iç mekân konumlandirma bilgilerini kullanan bir hibrit iç mekân konumlandirma sistemi ve yönteminden bahsedilmektedir. Teknikte var olan sistemler incelendiginde, konumlandirma yapilmasi gereken bir ortamda önceden kesif/ ön kurulum yapilmaksizin tek bir referans noktasi olarak kullanilan bir adet ultra genis bant (UGB) modülü üzerindeki çoklu (ikili, üçlü, dörtlü) anten yapisi sayesinde baska modüllerden alinan UWB sinyallerinden mesafe ve yön bilgileri elde edilip daha sonra trigonometrik denklemlerde kullanilarak daha yüksek dogrulukta konumlandirmanin gerçeklestirildigi bir iç konumlandirma yönteminin gerçeklestirilmesi ihtiyaci duyulmustur. Bulusun Amaçlari Bu bulusun amaci, konumlandirma yapilmasi gereken bir iç veya dis ortamda önceden kesif/ ön kurulum yapilmaksizin tek bir referans noktasi kullanarak tek bir ultra genis bant (UGB) modülü üzerindeki çoklu anten yapisi (ikili, üçlü, dörtlü anten yapisi) sayesinde alinan UWB sinyalinin mesafesi, yanca ve yükselme açilarinin hesaplanmasi ve trigonometrik denklemlerde kullanilmasi ile daha yüksek dogrulukta konumlandirmanin gerçeklestirildigi bir konumlandirma yönteminin gerçeklestirilmesidir. Bu bulusun bir baska amaci, yöntemdeki cihazlarin ultra genis bant (UGB - sinyallerini kullaniyor olmasi sayesinde hassas bir sekilde ToF (Time of Flight - Uçus Süresi) ölçümü yapilabildigi için ortam fark etmeksizin yüksek dogrulukta mesafe ölçümü yapildigi bir iç ortam konumlandirma yönteminin gerç eklestirilmesidir. Bu bulusun bir baska amaci, yöntemde kullanilan cihazlarin ultra genis bant (UGB) modülü üzerindeki çoklu anten yapisina (ikili, üçlü, dörtlü anten yapisi) sahip olmasi sayesinde hassas bir sekilde alinan ToA (Time of Arrival - Varis Süresi) ölçümlerinin farklarina (TDoA) veya alinan sinyallerin faz farklarina bakilip (PDoA) baska bir referans noktasina ihtiyaç duymaksizin sinyal yaklasma yönü (yanca ve yükselme açilari) kestirimi yapilmasi ve mesafe bilgisiyle konumlandirmanin gerçeklestirilmesidir. Bulusun Ayrintili Açiklamasi Bu bulusun amaçlarina ulasmak için gerçeklestirilen iç ortam konumlandirma yöntemi ekli sekillerde gösterilmistir. Bu sekiller; Sekil 1: Bulus konusu yöntemde kullanilan operasyonel sistem bilesenlerinin sematik görünümüdür. Sekil 2: Bulus konusu yöntemin örnek bir uygulamasinin sematik görünümüdür. Sekil 3: Bulus konusu yöntemde kullanilan UWB birimler arasi mesafe ölçüm hesaplamalarinin sematik görünümüdür. Sekil 4: Bulus konusu yöntemde kullanilan ikili anten dizisi yerlesim sekillerinin ve 3 boyutlu uzayda kapsama alanlarinin sematik görünümüdür. Sekil 5: Bulus konusu yöntemde kullanilan ikili anten dizisi yerlesim sekillerinin ve 3 boyutlu uzayda kapsama alanlarinin sematik görünümüdür. Sekil 6: Bulus konusu yöntemde kullanilan ikili anten dizisi yerlesim sekillerinin ve 3 boyutlu uzayda kapsama alanlarinin sematik görünümüdür. Sekilde yer alan parçalar tek tek numaralandirilmis olup, bu numaralarin karsiliklari asagida verilmistir. 100. Çapa 200. Etiket 1 (Çoklu anten yapisinda) 203. Islemci 11 (Etiket konfigürasyonlu Etiket 1 islemcisi) 300. Etiket 11 (Tek antenli yapida) Bulus, tek referans noktali ön kurulumsuz bir iç ortam konumlandirma yöntemi ile ilgili olup, - Çapanin (100) tek referans noktasi olarak ortam içerisinde bir yere birakilmasi, eger birakilan küresel koordinat konumu biliniyor ise Islemci I (103) birimine degerlerin girdi olarak aktarilmasi, (bu sayede küresel konumlandirma yapilabilecektir) sinyallerinin iki yönlü mesafe kestirimi için UWB (Ultra Wide band/ Ultra genis bant) radyo alici-vericisine sahip etiket I (200) ve etiket 11 (300) birimlerinin birbirleri ile kurduklari mesajlasma prosedürü sirasinda mesaj gönderim ve alim zaman etiketlerini birbirleri ile paylasarak gönderilen sinyalin uçus süresinin ve sinyalin yol aldigi mesafenin hesaplanmasi, - Çapa (100) ve etiket I (200) birimlerinde varis faz farki (PDoA) ve varis zaman farki (TDoA) metotlari ile sinyal yaklasim açisinin belirlenmesi, - Çapa (100) ve etiket I (200) birimlerinde UWB mesafe ve yaklasim açisi ölçüm protokolünün gerçeklestirilmesi, - Etiket 1 (200) ve etiket 11 (300) birimlerinde edinilen UWB tabanli konumlandirma bilgisi ile çapa (100) ve etiket I (200) birimlerinde bulunan ataletsel ölçüm birimlerinden (102) hesaplanan yönelim bilgisinin sensör füzyonu ile hesaplanan konumlandirma bilgisinin küresel koordinat sistemine (NED North East Down) dönüstürülmesi, - Çapa (100) biriminden etiket 11 (300) birimine sensör füzyon sonucu ile hesaplanan konumlandirmanin aktarilmasi, - Etiket 1 (200) ve etiket 11 (300) birimlerinde elde edilen konumlandirmanin izleme birimine, merkez bilgisayara veya diger unsurlara bildirilmesi, adimlarini içermektedir. Bulus konusu yöntemde, Sekil 1 içeriginde sistem bileseni olarak bulunan çapa ( araciligiyla etiket sinyalin gelis yönünü ve içerigindeki zaman bilgisiyle de sinyal kaynagi ile arasindaki mesafenin ölçümünü gerçeklestirmektedir. Çapa (100) içerisindeki ataletsel ölçüm birimleri (102) ile hesaplanan yönelim bilgisi ve UWB haberlesme ile elde edilen konum bilgisi islemci 1 (103) üzerinde birlestirilerek alinan sinyal kaynaginin bagil veya küresel koordinat sistemindeki konumu hesaplanabilmektedir. Çapa (100) içerisindeki islemci 1 (103) sistem içerisindeki birimler ile haberlesmeyi ve konumlandirma çözümünü gerçeklestirmek için uygun sekilde yapilandirilmis yazilim içermektedir. Ayrica, sistem baslangicinda çapa (100) içerisindeki islemci 1 (103) bilinen küresel koordinat sistemindeki konum bilgisi ile yapilandirilmasiyla sistem iç veya dis ortamda etiketlerin küresel konumlandirmasini gerçeklestirebilecektir. Bulus konusu yöntemde, Sekil 1 içeriginde sistem bileseni olarak bulunan etiket I ( araciligiyla çapa (100) ve etiket 11 (300) birimleri ile haberlesmeyi saglamakta, es zamanli olarak alinan sinyalin gelis yönünü ve içerigindeki zaman bilgisiyle de sinyal kaynagi ile arasindaki mesafenin ölçümünü gerçeklestirmektedir. Etiket 1 (200) içerisindeki ataletsel ölçüm birimleri (102) ile hesaplanan yönelim bilgisi ve çapa (100) ile olan UWB haberlesme sonucu elde edilen bagil veya küresel konum bilgisi islemci II (203) üzerinde birlestirilerek etiket I (200),in bagil veya küresel koordinat sistemindeki konumunu hesaplanabilmektedir. Etiket 1 (200) üzerinde hesaplanan konum bilgisi sistem içerisindeki diger unsurlara UWB haberlesme ile aktarilmaktadir. Etiket (200) içerisindeki islemci II (203) sistem içerisindeki birimler ile haberlesmeyi ve konumlandirma çözümünü gerçeklestirmek için uygun sekilde yapilandirilmis yazilim içermektedir. Bulus konusu yöntemde, Sekil 1 içeriginde sistem bileseni olarak bulunan etiket 11 ve etiketI (200) birimleri ile haberlesmeyi saglamakta, çapa (100) ve etiket I (200) gibi diger birimlerden aldigi konumlandirma sonucunu içerdigi islemci II (302) ile isleyip gerektiginde sistem unsurlarina (izleme birimi, merkezi bilgisayar, diger sistem unsurlari) aktarmayi gerçeklestirmektedir. Bulus konusu yöntemde, gönderilen UWB (Ultra Wide band / Ultra genis bant) sinyallerinin bir anten dizisi araciligi ile ToF (Time of flight / uçus süresi), PDoA (phase difference of arrival / faz farki) ve TDoA (Time difference of arrival / varis zamani farklari) ölçümleri ile insan/varlik konumlandirmasi gerçeklestirilmektedir. Bulus konusu yöntemin örnek bir uygulamasi Sekil 2 ile görsellestirilmistir. Bulus konusundaki çözüm iki temel yöntemin birlesmesinden olusmaktadir. Bu yöntemler; iki yönlü mesafe hesaplanmasi ve anten dizisi kullanilarak varis açisi belirlenmesidir. Iki yönlü mesafe kestirimi UWB radyo alici-vericisine sahip iki ayrik birimin birbirleri ile kurduklari mesajlasma prosedürü sirasinda mesaj gönderim ve alim zaman etiketlerini birbirleri ile paylasarak gönderilen sinyalin uçus süresini (Formül 1) ve dolayisiyla sinyalin yol aldigi mesafeyi (Formül 11) hesaplamasi ile gerçeklestirilir. Sekil 3 ile gösterilen çapa (100) ile etiket I (200) arasindaki UWB tabanli iki yönlü mesafe kestirimi yöntemi asagidaki formüller kullanilarak gerçeklestirilmektedir. Sekil 3 üzerinde bulunan etiketI (200) yerine etiket 11 (300) kullanildigi durumlarda da ayni mesafe ölçüm yöntemi kullanilmaktadir. AROUNDl X AROUNDZ _ AREPLYl x AREPLYZ Time 0 Fli' ht ToF : f g ( )DS AREPLYZ + AROUNDZ + AREPLYl + AROUNDl AROUNDl : TRR _ TIT AROUNDZ = TFR - TRT (1) AREPLYl 2 TRT - TIR AREPLYZ = TFT - TRR DistanceDS : c x (TOFDS) (II) (TH: baslangiç mesaji gönderim zaman etiketi, TIR: baslangiç mesaji varis zaman etiketi, TRT: yanit mesajinin gönderim zaman etiketi, TRR: yanit mesaji varis zaman etiketi, c: isik hizi sabiti, Time 0 f Flight (T0F)DS: Sinyal uçus süresi, DistanceDS: Sinyalin ilerledigi mesafe - uzaklik) Sinyal yaklasim açisinin belirlenmesi için iki temel ölçüm metodu kullanilmaktadir. Bunlar PDoA ve TDoA metotlaridir. Her iki metot da çoklu anten yapisinda UWB birimi I (101),e ihtiyaç duymaktadir. PDoA yöntemi çoklu anten dizisine sahip UWB birimi I (101),e varan sinyalin antenler arasinda elde edilen faz farkinin ölçümü ile saglanmaktadir. TDoA yöntemi çoklu anten dizisine sahip UWB birimi ile saglanmaktadir. Bu iki yöntem hibrit bir sekilde belirli görüs alanlari arasinda degisken bir sekilde kullanilarak yüksek hassasiyet elde edilmektedir. Bulus konusu yöntemde UWB birimi I (101),in ikili anten yapisinda oldugu durumda hassas bir sekilde ölçümü yapilan degerlerin konumlandirma için kullanilmasi asagidaki formüller yardimi ile gerçeklestirilmektedir. Sekil 4 üzerinde ikili anten yapisindaki UWB birimi I (101),lerin anten yerlesimi ve yanca açisi gösterimi bulunmaktadir. Bulusun bazi somut örneklerinde iki anten dizili yapida bulunan UWB birimi I (101),in ön yatay düzlemdeki yanca açisinin hesaplanmasi sistem çözümünde konumlandirma için kullanilacaktir. 9 = 0 (IV) T12 : 751 _ d x COSÜPAoA) : T12 x C (VI) (pAoA : cos_1 (_12d ) (VII) ((111 yanca açisi, 9: yükselme açisi, T12: varis zamani farki, 0: isigin ortama bagli hizi, d: UWB modülü üzerindeki antenler arasi mesafe, (pAoA sinyal kaynaginin yanca açisi) Ikili anten yapisindan dolayi yanca açisi ((p) için [0, n] araliginda formül IIPteki sekilde açi tespiti yapilabilmektedir. (Formül III). Ikili anten yapisindan dolayi yükselme açisi (9) için herhangi bir açi tespiti yapilamamaktadir (Formül IV). Sinyalin gelis yönüne göre en yakin antene varis zamani (ti) ile ikinci antene varis zamani (t2) arasindaki fark antene varis zamanlari farkidir. (Tlzî TDoA) (Formül V) Varis zamanlari farki (T12) ile isigin ortamdaki hizi (c) çarpimi, antenler arasi mesafeden (d) ile yanca açisinin kosinüsünün çarpimina esittir. (Formül VI) Yanca açisi, varis zamanlan farki (Tlz), isigin ortamdaki hizi (c) ve antenler arasi mesafenin (d) trigonometrik çözümü ile elde edilir. (Formül VII) Bulus konusu yöntemde, UWB birimi I (101),in üçlü anten yapisinda oldugu durumda, anten dizinine gelen UWB sinyalinin yaklasim açisini olusturan yanca ve yükselme açilari bilgisi bazi kisitlar ile birlikte hesaplanabilir durumdadir. Gelen UWB sinyallerinin yaklasim açisi PDoA ve TDoA yöntemleri ile hesaplanmaktadir. Üç antenli durumda üst ya da alt yari küredeki tüm gelis açilari tespit edilebilmektedir. Sekil 5 üzerinde üçlü anten yapisindaki UWB birimi I (101),lerin anten yerlesimi, yanca ve yükselme açisi gösterimi bulunmaktadir. Bulusun bazi somut örneklerinde üç anten dizili yapida bulunan UWB birimi I (101),in alt yari küredeki gelis açilari hesaplanmasi yeterli olacaktir. Bu çözümün saglanmasi için çapa (100) içerisinde bulunan islemci 1 (103),in mesafe, yanca açisi ve yükselme açisi ile buldugu konumlandirma çözümünün asagi yöndeki (negatif degerler) sonuçlari kestirim sonucu olarak degerlendirmesi gerekmektedir. Bu baglamda kullanilacak olan somut örnekteki çapanin (100) iç ortamda tavan düzleminde yerlestirilmesi ile tek referans noktali ön kurulum içermeyen konumlandirma çözümü saglanmaktadir. Bulusun bazi somut örneklerinde üç anten dizili yapida bulunan UWB birimi I (101),in üst yari küredeki gelis açilari hesaplanmasi yeterli olacaktir. Bu çözümün saglanmasi için çapa (100) içerisinde bulunan islemci 1 (103),in mesafe, yanca açisi ve yükselme açisi ile buldugu konumlandirma çözümünün yukari yöndeki (pozitif degerler) sonuçlari kestirim sonucu olarak degerlendirmesi gerekmektedir. Bu10 baglamda kullanilacak olan somut örnekteki çapanin (100) iç ortamda taban düzleminde yerlestirilmesi ile tek referans noktali ön kurulum içermeyen konumlandirma çözümü saglanmaktadir. Bulus konusu yöntemde UWB birimi I (101),in üçlü anten yapisinda oldugu durumda bagil konumlandirma asagidaki formüller yardimi ile gerç eklestirilmektedir. T21 Axzi A TS1 : l A Im Axm Aym AZN1 x = (ATA)'1ATb (XI) Üçlü anten yapisindan dolayi yanca açisi ((p) için [0, Zn] araliginda açi tespiti yapilabilmektedir. (Formül VIII) Üçlü anten yapisindan dolayi yükselme açisi (9) için [0, n/Z] araliginda açi tespiti yapilabilmektedir. (Formül IX) Sinyalin yaklasim açisi (9A0A,(pA0A), üç antenden alinan zaman veya faz farki verilerini (Im) en küçük karelerin ortalamasi (least mean square /LMS) yöntemi kullanilarak islenmesi ile hesaplanabilmektedir. (Formül X ve XI) Bulus konusu yöntemde, UWB birimi I (101),in dörtlü anten yapisinda oldugu durumda, alici antenlerin tüm küreyi kapsayan bir çözüm sunmalari için bir antenin diger üç antenin olusturdugu düzlemden ayri bir noktaya konumlanmasi gerekmektedir. Gelen UWB sinyallerinin yaklasim açisi PDoA ve TDoA yöntemleri ile hesaplanmaktadir. Bu yöntem ile tam küre üzerinde bir konumlandirma çözümü elde edilebilmektedir. Sekil 6 üzerinde dörtlü anten yapisindaki UWB birimi I (101),lerin anten yerlesimi gösterimi bulunmaktadir. Bulusun bazi somut örneklerinde çapa (100) içerisinde dörtlü anten yapisinda UWB birimi I (101) ve bilinen küresel koordinat sistemi ile yapilandirilmis islemci 1 konumlandirilmasi mümkündür. Çapaya (100) ait küresel koordinat sistemi degerlerinin bilinmedigi durumlarda ise çapa (100) orijin olacak sekilde etiket I (200) veya etiket 11 (300),nin bagil konumlandirilmasi saglanmistir. Böylelikle tek referans noktali konumlandirmanin ön kurulum gerektirmeyen sistem çözümü gerçeklestirilmesi saglanmaktadir. Bulus konusu yöntemde, UWB birimi I (101),in dörtlü anten yapisinda oldugu durumda bagil konumlandirma asagidaki formüller yardimi ile gerç eklestirilmektedir. 9 _ n " XIII TNl Axm Aym AZN1 x = (ATA)'1ATb (XV) Dörtlü anten yapisindan dolayi yanca açisi ((p) için [0, 271] araliginda açi tespiti yapilabilmektedir. (Formül XII) Dörtlü anten yapisindan dolayi yükselme açisi (9) için [- Sinyalin yaklasim açisi (9,4014: (pAoA), dört antenden alinan zaman veya faZ farki verilerini (Im) en küçük karelerin ortalamasi (least mean square) yöntemi kullanilarak islenmesi ile hesaplanabilmektedir. (Formül XIV ve XV) Sabit referans birimi veya çapa (100), bir adet senaryoya (kullanim amacina) uygun seçilmis çoklu anten yapisindaki UWB birimi I (101), ataletsel ölçüm birimi (102) (IMU - ivmeölçer, dönü ölçer ve manyetometre) ve bir adet islemci 1 (103) (mikroislemci) içermektedir. Çapa (100) üzerindeki ataletsel ölçüm birimi (102)10 degerlerinin küresel koordinat sistemine (N ED - North East Down) dönüstürülmesi sonucu yönelim bilgisi elde edilir. Çapa (,den alinan bilgilerin yönelim bilgisi ile birlestirilmesi sonucu mesafe ve yaklasim açisi bilinen sinyal kaynaginin konumlandirmasi mümkündür. Çapa (100), etiket I (200) ve etiket 11 (300) birimlerinin konumlandirma bilgileri daha sonra izleme birimine veya merkez bilgisayara aktarilabilir. Bulus konusu yöntemde kullanilan, operasyonel sistem bilesenleri Sekil 2 ile belirtilmistir. Bulus konusu yöntemde, çoklu anten yapisindaki UWB birimi I (101) içeren sistem girilen ortama birakilir. Bu sisteme çapa (100) ismi verilmistir. Çapa (100), küresel konumu bilinen bir noktaya birakilmis ise yöntem küresel konum üretecek sekilde çalisacaktir. Eger çapanin (100) küresel konumu bilinmiyorsa sistem bu noktayi orij in noktasi olarak kabul edecek ve sonuçlarini bu referans sisteme göre kurarak gerekli bilgileri alisveris yapar ve konum bilgisi elde edilir. Senaryoya (kullanim amacina) bagli olarak konum hesaplama islemi dagitik bir sekilde etiket islem gücünü harcamadan merkezi bir sekilde çapa (100) tarafindan konum hesaplanarak dogrudan çapa (100) tarafindan veya merkezi sunuculardan etiketlere iletilebilir. Bulus konusu yöntem sayesinde, konumlandirma yapilmasi gereken bir ortamda önceden kesif/ön kurulum yapilmaksizin tek bir referans noktasi kullanarak insanlarin/varliklarin konumlandirilmasi saglanmaktadir. Yöntemde, kullanilan cihazlarin UWB (Ultra Wide Band) sinyallerini kullaniyor olmasi sayesinde hassas bir sekilde ToF (Time of Flight - Uçus Süresi) ölçümü yapilabildigi için ortam fark etmeksizin yüksek dogrulukta mesafe ölçümü (görüs açikligi olan (LOS - line of sight) durumda 20cm, l sigma) yapilabilmektedir. Ayrica referans cihazda bulunan UWB anten dizisi sayesinde sinyal yaklasma yönü (yanca açisi, yükselme açisi: 50, l sigma) kestirilerek baska bir referans noktasina gerek duymadan konumlandirma yapilabilmektedir. Bulus konusu yöntem hem iç hem de dis ortam hassas konumlandirma için uygundur. Bulus konusu yöntem ile hem konumlandirma için gerekli bilgilerin hem de küçük boyutlu (payload) verilerin paylasimi gerçeklestirilmektedir. Ayrica, bulus konusu yöntem karistirmalara karsi GPS gibi çözümlere kiyasla daha dayaniklidir. TR TR

Claims (1)

1.STEMLER . Bulus, tek referans noktali ön kurulumsuz bir iç ortam konumlandirma yöntemi ile ilgili olup, Çapanin (100) tek referans noktasi olarak ortam içerisinde bir yere birakilmasi, eger birakilan küresel koordinat konumu biliniyor ise Islemci I (103) birimine degerlerin girdi olarak aktarilmasi, sinyallerinin iki yönlü mesafe kestirimi için UWB (Ultra Wide band/ Ultra genis bant) radyo alici-vericisine sahip etiket I (200) ve etiket 11 (300) birimlerinin birbirleri ile kurduklari mesajlasma prosedürü sirasinda mesaj gönderim ve alim zaman etiketlerini birbirleri ile paylasarak gönderilen sinyalin uçus süresinin ve sinyalin yol aldigi mesafenin hesaplanmasi, Çapa (100) ve etiket I (200) birimlerinde varis faz farki (PDoA) ve varis zaman farki (TDoA) metotlari ile sinyal yaklasim açisinin belirlenmesi, Çapa (100) ve etiket I (200) birimlerinde UWB (Ultra Wide band / Ultra genis bant) mesafe ve yaklasim açisi ölçüm protokolünün gerçeklestirilmesi, Etiket 1 (200) ve etiket 11 (300) birimlerinde edinilen UWB (Ultra Wide band / Ultra genis bant) tabanli konumlandirma bilgisi ile çapa (100) ve etiket I (200) birimlerinde bulunan ataletsel ölçüm birimlerinden (102) hesaplanan yönelim bilgisinin sensör füzyonu ile hesaplanan konumlandirma bilgisinin küresel koordinat sistemine (NED - North East Down) dönüstürülmesi, Çapa (100) biriminden etiket 11 (300) birimine sensör füzyon sonucu ile hesaplanan konumlandirmanin aktarilmasi, Etiket 1 (200) ve etiket 11 (3 00) birimlerinde elde edilen konumlandirmanin izleme birimine, merkez bilgisayara veya diger unsurlara bildirilmesi, adimlarini içermektedir. TR TR