| Περίληψη: | Στη σημερινή εποχή η ραγδαία εξέλιξη της τεχνολογίας και των προϊόντων είχαν ως αποτέλεσμα την δημιουργία νέων τεχνικών και την μελέτη και εφαρμογή νεών αλγορίθμων που θα έδιναν λύσεις σε μείζον θέματα. Ένα τέτοιο θέμα είναι ο εντοπισμός θέσης ενός αντικειμένου, το οποίο μπορεί να εφαρμοστεί σε συστήματα ασφαλείας, στην παρακολούθηση ενός αντικειμένου, σε ρομποτικά συστήματα μεγάλης ακρίβειας, ακόμα και σε θεραπεία για την καταπολέμηση κάποιας ασθένειας.
Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι να εντοπιστεί και να παρακολουθείται η θέση ενός αντικειμένου-στόχου με ασύρματους αισθητήρες. Αυτό θα πραγματοποιηθεί με την ανάπτυξη κάποιον αλγόριθμων εκτίμησης μέσα σε έναν προκαθορισμένο χώρο. Για τις ανάγκες της διπλωματικής εργασίας μελετήθηκαν διάφοροι αλγόριθμοι και τεχνικές εκτίμησης όπως Maximum Likelihood, AP Estimator (alternating projection), Ελάχιστα τετράγωνα, Λόγους Ενέργειας κ.α. Μερικοί από αυτούς υλοποιήθηκαν και εφαρμόστηκαν σε εικονικό(Matlab) και πραγματικό(Arduino) περιβάλλον.
Για να χρησιμοποιηθούν οι παραπάνω αλγόριθμοι, πρέπει το σύστημα, στο οποίο εφαρμόζονται, να έχει ένα μοντέλο βάση το οποίο λαμβάνει τις μετρήσεις. Οι βασικότερες τεχνικές μετρήσεων σε προβλήματα εντοπισμού θέσης είναι οι εξής: ΤΟΑ(Time Of Arrivals), TDOA(Time Difference Of Arrivals) και RSSI(Received Signal Strength Indicator). Στη διπλωματική αυτή, μελετήθηκαν όλες οι τεχνικές μετρήσεων, αλλά εφαρμόστηκε μόνο το μοντέλο RSSI, το οποίο βασίζεται στην ενέργεια που λαμβάνουν οι αισθητήρες.
Μελετήθηκαν επίσης διάφορα σενάρια με τα οποία θα μπορούσε να γίνει ο εντοπισμός της θέσης και κυρίως τα σενάρια αυτά εξαρτώνται από τη διάταξη των αισθητήρων, από το αν είναι σταθεροί στο χώρο ή κινούνται και αν οι αισθητήρες γνωρίζουν τις συντεταγμένες της θέσης τους. Επιπλέον, για τους κινούμενους αισθητήρες ήταν σημαντικός και ο τρόπος με τον οποίο κινούνται στο χώρο.
Οι αλγόριθμοι που μελετήθηκαν είχαν ένα ακόμα χαρακτηριστικό που τους διαχώριζε. Χωρίζονταν σε κεντροποιημένους(Centralized) και αποκεντροποιημέμους(Decentralized). Στη διπλωματική αυτή χρησιμοποιήθηκε κεντροποιημένος αλγόριθμος καθώς όλες οι μετρήσεις των αισθητήρων αποστέλλονταν σε ένα κεντρικό υπολογιστή, όπου γινόταν και η επεξεργασία των δεδομένων.
Η πρώτη φάση της διπλωματικής ήταν η μελέτη αλγορίθμων και τεχνικών, έτσι ώστε να σχεδιαστεί ο τρόπος υλοποίησης της διπλωματικής και να επιλεχθούν οι κατάλληλοι αλγόριθμοι. Οι αλγόριθμοι εκτίμησης που επιλέχθηκαν ήταν η Μέγιστη Πιθανοφάνεια (Maximum Likelihood) και ο Λόγος Ενεργειών (Energy Ratio), δηλαδή έναν αλγόριθμο με μεγάλη ακρίβεια, αλλά με υψηλό υπολογιστικό κόστος και έναν με μικρότερη ακρίβεια και με χαμηλότερο υπολογιστικό κόστος.
Η δεύτερη φάση της διπλωματικής ήταν η ανάπτυξη αυτών των αλγορίθμων σε περιβάλλον Matlab και η μέτρηση σφάλματος μεταξύ της πραγματικής θέσης του στόχου και της εκτιμώμενης μετά από χίλια πειράματα. Τα πειράματα εκτελέστηκαν για διάφορες τιμές θορύβου. Με αυτών τον τρόπο έγινε σύγκριση μεταξύ των δύο αλγορίθμων.
Στο τρίτο και τελικό στάδιο της διπλωματικής χρησιμοποιήθηκαν Arduino πλακέτες με αισθητήρες(μικρόφωνο), με το οποίο εκτελέστηκε πείραμα σε πραγματικό χρόνο και έγινε εντοπισμός και παρακολούθηση της θέσης του στόχου, το οποίο εμφάνιζε στην οθόνη του υπολογιστή την θέση του στόχου ανά πάσα στιγμή. Το πείραμα έγινε γνωρίζοντας τις συντεταγμένες των αισθητήρων.
|
|---|
