ZMANJŠANJE NAPAK RADIJSKE LOKALIZACIJE V ZGRADBAHKRAPEŽ, PETER (Avtor) Munih, Marko (Mentor) 3D lokalizacija svetilnikovavtomatska lokalizacija svetilnikovreferenčne enoteširokopasovni radiomerilni sistem za lokalizacijomeritve razdaljeorientacija uporabnikamodel napake meritve razdaljeV doktorski disertaciji predstavljamo izboljšanje radijskega merilnega sistema za lokalizacijo v zgradbah. Merilni sistemi za lokalizacijo so sestavljeni iz dveh podsistemov: stacionarnih enot – svetilnikov, katerih položaje poznamo, in mobilnih enot – uporabnikov, katerih položaje določamo. Doktorska disertacija sega na področje obeh podsistemov, z zmanjšanjem napake lokalizacije svetilniških enot z uporabno dodatnih referenčnih svetilnikov in možnostjo enostavnega dodajanja novih svetilnikov v sistem ter z zmanjšanjem napake meritve razdalje med uporabnikom in svetilnikom zaradi njune medsebojne orientacije. V prvem delu disertacije je opisan merilni sistem za lokalizacijo, ki smo ga razvili v Laboratoriju za robotiko. Predstavljen sistem temelji na širokopasovni radijski komunikaciji, ki za merjenje razdalje med dvema radijskima moduloma uporablja smer preleta. Za izide meritev simulacij in eksperimentalnih validacij smo načrtovali in realizirali dva scenarija. Prvega smo izvedli v telovadnici, v velikem, odprtem prostoru, drugega pa v Laboratoriju za robotiko, ki kot manjši prostor z ovirami predstavlja realno okolje za delovanje merilnih sistemov za lokalizacijo. Pri obeh je bila izvedena analiza geometrijskega faktorja postavitve svetilnikov in uporabnika. Tej sledi prikaz referenčnih sistemov in postopki meritev lege uporabnika in referenčnih položajev svetilnikov. Drugi del disertacije se poglobi v hitro avtomatsko lokalizacijo svetilnikov, katerih položaj v delovnem koordinatnem sistemu ni znan. Za avtomatsko lokalizacijo svetilnikov uporabimo dodatne referenčne enote. Postopek omogoča preprosto dodajanje svetilnikov v obstoječ sistem za lokalizacijo z izboljšano lokalizacijo novih svetilnikov. Predstavljena sta (i) postopek avtomatskege lokalizacije svetilnikov z uporabo dodanih referenčnih enot na referenčni plošči za izboljšanje lokalizacije svetilnikov in (ii) analiza vpliva referenčne plošče na lokalizacijo svetilnikov. Skozi poglavje se zvrstijo analize treh lokalizacijskih metod: večdimenzijsko skaliranje, semidefinitno programiranje in iterativna trilateracija. Vse analize so izvedene v dveh scenarijih, ki sta bila uporabljena tudi pri eksperimentalni validaciji metode avtomatske lokalizacije svetilnikov z dodatnimi referenčnimi enotami. V prvem delu simulacij je predstavljena analiza vpliva števila referenčnih enot in njihov položaj na lokalizacijo svetilnikov. S spreminjanjem položaja referenčni plošče je določen njen optimalen položaj. V drugem delu simulacij je opisana analiza vpliva višinske razlike med svetilniki in referenčno ploščo. Sledi eksperimentalna validacija postopka avtomatske lokalizacije svetilnikov z referenčnimi meritvami položajev svetilnikov z uporabo elektronskega tahimetra. Prikazana je dodatna analiza vpliva pozicije referenčne plošče na lokalizacijo svetilnikov z meritvama referenčne plošče na dveh pozicijah. Na koncu je predstavljen celovit postopek avtomatske lokalizacije svetilnikov z referenčno ploščo v delovnem koordinatnem sistemu. Izveden je bil v drugem scenariju s štirimi referenčnimi enotami na referenčni plošči. Končni rezultat avtomatske lokalizacije svetilnikov je bil 0,32 m napake v 3D prostoru. Tretji del doktorske disertacije sestavljajo opis in rezultati modela napake pri meritvi razdalje v odvisnosti od medsebojne orientacije svetilnika in uporabnika, zgrajenega z metodo nevronskih mrež. Za točnejšo lokalizacijo uporabnika potrebujemo točnejše meritve razdalje med svetilniki in uporabnikom. Manjšo napako izmerjene razdalje dosežemo s kompenzacijo napake razdalje v odvisnosti od orientacije. Opisan je mehanizem, ki omogoča rotacijo uporabnika po azimutu in elevaciji in ki je bil razvit za meritve učne množice za nevronsko mrežo. Predstavljena je analiza ustreznosti učnih meritev z nevronskimi mrežami, naučenimi s spremenjenimi učnim meritvami in z meritvami moči prejetega signala. Nato je prikazana izbira števila nevronov v nevronski mreži iz nabora mrež z različnimi konfiguracijami. Sledi validacija izbrane nevronske mreže s podmnožico učnih meritev, ki ni bila uporabljena pri učenju. Postopek eksperimentalne validacije vključuje meritve v Laboratoriju za robotiko z merilnim sistemom za lokalizacijo. Validacija je izvedena s primerjavo z referenčnima sistemoma elektronski tahimeter in Optotrak. Predstavljeni so rezultati meritev uporabnika v šestih legah z uporabo modela za zmanjšanje napake pri meritvi medsebojne razdalje med uporabnikom in svetilnikom. Uporaba modela napake je izboljšala izmerjeno razdaljo za 0,02 m. Disertacija se zaključi s prikazom delovanja modela pri lokalizaciji uporabnika.20212021-09-23 09:45:00Doktorsko delo/naloga131181sl