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研究生: 沈子貴
Shen, Tzu-Kuei
論文名稱: 以可程式系統晶片發展平台實現無線網路室內定位之分析與應用
Development of a SOPC-Based Positioning System in Wireless Network Application
指導教授: 莊智清
Juang, Jyh-Ching
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 電機工程學系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2005
畢業學年度: 93
語文別: 中文
論文頁數: 84
中文關鍵詞: 可程式系統晶片接收訊號強度室內定位訊號傳送角度Zigbee 無線通訊訊號傳送時間差
外文關鍵詞: Zigbee communication, RSSI, Indoor Positioning, AOA, SOPC, TDOA, TOA
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  •   定位系統目前廣泛應用於工程、醫療與個人定位等民生用途,現有使用無線通訊來定位的系統中,最常見的即為GPS全球衛星定位系統。但GPS一般而言無法應用於室內。目前適用於室內定位的方法包括訊號傳送時間(Time of arrival)、訊號傳送時間差(Time difference of arrival)、訊號接收角度(Angle of arrival)、接收訊號強度(Received signal strength)等定位方法。這其中RSS 定位系統是利用訊號的強度來建構環境的場強分佈圖,利用發射端和各接收端所收到訊號強度做比較進而定出使用者確切位置的方法,其好處在於較不受多路徑效應與室內環境的影響,並能數量化影響定位精度的環境變因。本論文之目的為針對RSS的定位法則進行分析研究,採用Zigbee無線網路的實地量測結果以驗證此法可行性,並以SOPC發展平台實現此室內定位系統。此一方法可望與既有室內/外定位方法相互結合以增進定位服務之範圍與精度。

     Location techniques are crucial in many engineering and medical applications. In existing wireless positioning systems, GPS is the most widely used system. However, GPS is not suitable in an indoor environment due to the attenuation of its signals. The methods that are suitable for indoor positioning include TOA, TDOA, AOA, and RSS. The RSS based positioning system employs the signal intensity to build the distribution map, and compares the signal intensity of transmitters with receivers to determine the location of the users. This thesis discusses the principle of using RSS for positioning and adopts the Zigbee wireless communication technique to verify the RSS based positioning concept, and uses SOPC development kits to implement this indoor positioning system. This method can be combined with others indoor and outdoor positioning techniques to improve the coverage and accuracy of the location-based service.

    摘 要 I 目 錄 III 表目錄 VII 圖目錄 VIII 第 一 章 緒論 1  1.1 研究背景及動機 1  1.2 研究目的及方法 3  1.3 主要貢獻 3  1.4 論文架構 4 第 二 章 無線網路室內定位系統 5  2.1 無線定位系統介紹 5  2.1.1 GPS(Global Positioning System) 5  2.1.2 Cell ID(Cell Identification) 6  2.1.3 RFID(Radio Frequency Identification) 6  2.1.4 超音波(Ultra Sonic) 7  2.1.5 紅外線(Infrared,IR) 8  2.1.6 WiFi(Wireless Fidelity) 8  2.1.7 UWB(Ultra Wide Band) 8  2.2 ZigBee無線通訊技術 9  2.3 實驗系統軟硬體架構 10  2.3.1 SOPC發展平台 10  2.3.2 ZigBee的RF收發模組 13  2.3.3 實驗模擬軟體 14  2.3.4 無線網路室內定位系統之實驗流程規劃 14 第 三 章 行動定位技術 16  3.1 各種行動定位技術 16  3.1.1 GPS定位法則的架構 16  3.1.2 TOA定位法則的架構 18  3.1.3 TDOA定位法則的架構 20  3.1.4 AOA定位法則的架構 21  3.2 RSS定位法則的架構 23  3.3 RSS訊號強度值 24  3.4 定位資料庫的建立 25  3.4.1 實地量測法 25  3.4.2 信號衰減推估法 25  3.4.3 資料庫之建構型態 25  3.5 能量與路徑衰減模型 25  3.5.1 修正後Free-Space衰減模型 27  3.5.2 倒傳遞類神經網路 27  3.5.3 內插法 31  3.5.4 數值逼近法 31  3.6 定位演算法 32  3.6.1 判定法 32  3.6.2 最小平方法 33  3.6.3 泰勒級數展開法 34 第 四 章 SOPC實現ZigBee無線網路定位系統 37  4.1 SOPC設計流程 37  4.1.1 Nios處理器為系統發展 39  4.2 SOPC之硬體實現 40  4.3 SOPC之軟體實現 43  4.3.1 發射模式 46  4.3.2 接收模式 49  4.4 實驗建構與實現 52 第 五 章 實驗結果與精度探討 54  5.1 實驗結果 54  5.1.1 建立定位資料庫 54  5.1.2 路徑衰減模型 59  5.1.3 定位演算法 69  5.2 RSS定位法則之誤差探討 73  5.2.1 圓周誤差公算(Circular error probable, CEP) 75  5.2.2 幾何精度因子(Geometric dilution of  precision, GDOP) 77  5.2.3 均方誤差(Mean square error, MSE) 80 第 六 章 結論 81 參考文獻 82

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    下載圖示 校內:2006-08-05公開
    校外:2008-08-05公開
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