Đang tải... (xem toàn văn)
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BÙI THỊ DUYÊN NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ VÔ TUYẾN TRONG NHÀ SỬ DỤNG ANTEN ĐIỀU KHIỂN BÚP SÓNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BÙI THỊ DUYÊN NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ VÔ TUYẾN TRONG NHÀ SỬ DỤNG ANTEN ĐIỀU KHIỂN BÚP SÓNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Hà Nội – 2019 luan an BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BÙI THỊ DUYÊN NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ VÔ TUYẾN TRONG NHÀ SỬ DỤNG ANTEN ĐIỀU KHIỂN BÚP SÓNG Ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 9520216 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN QUỐC CƯỜNG Hà Nội – 2019 luan an LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết khoa học trình bày luận án thành nghiên cứu thân suốt thời gian nghiên cứu sinh Các kết trình bày luận án trung thực chưa tác giả khác cơng bố Các thơng tin trích dẫn luận án trung thực, rõ nguồn gốc Hà Nội, ngày 02 tháng 12 năm 2019 Người hướng dẫn khoa học Tác giả luận án PGS.TS Nguyễn Quốc Cường Bùi Thị Duyên i luan an LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Quốc Cường, TS Lê Minh Thùy dành nhiều thời gian, tâm huyết để trực tiếp hướng dẫn, định hướng, tạo động lực nghiên cứu hỗ trợ nghiên cứu sinh mặt để hồn thành luận án Tơi xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo đồng nghiệp thuộc Khoa Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa, Trường Đại học Điện lực tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình học tập, nghiên cứu Xin trân trọng cảm ơn Bộ môn Kỹ thuật đo Tin học cơng nghiệp, Viện Điện, Phịng Đào tạo, thuộc trường Đại học Bách khoa Hà Nội giúp đỡ mặt chuyên môn hỗ trợ thủ tục q trình học tập, hồn thành luận án Xin trân trọng cảm ơn Bộ môn Thông tin vô tuyến, khoa Điện tử Viễn thông, trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội TS Phan Hồng Phương, phịng thí nghiệm IMEP-LAHC, Đại học Grenoble, Pháp ln giúp đỡ đo kiểm mẫu anten mạch điện tử cho luận án Qua đây, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thành viên nhóm nghiên cứu thuộc phịng Lab – RF3I, Viện Điện, bạn bè đồng nghiệp quan tâm giúp đỡ, động viên thời gian vừa qua Cuối cùng, tơi xin gửi tình cảm u q đến thành viên gia đình, người động viên, hỗ trợ mặt để tơi hồn thành luận án ii luan an MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TOÁN HỌC viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Những vấn đề tồn hướng nghiên cứu luận án Mục tiêu, đối tượng phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa khoa học đề tài Những đóng góp luận án Cấu trúc nội dung luận án TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ VÔ TUYẾN TRONG NHÀ SỬ DỤNG ANTEN ĐIỀU KHIỂN BÚP SÓNG 1.1 Tổng quan hệ thống định vị vô tuyến nhà Hệ thống định vị vô tuyến sử dụng anten truyền thống Hệ thống định vị vô tuyến sử dụng anten điều khiển búp sóng Kết luận 1.2 Các cấu hình định vị Cấu hình tự định vị Cấu hình định vị từ xa 1.3 Sơ đồ khối chức hệ thống định vị Đối tượng Khối đo tham số vị trí Thuật tốn xác định vị trí đối tượng Hiển thị vị trí 1.4 Các kỹ thuật định vị Tham số vị trí Phương pháp định vị 1.5 Anten anten điều khiển búp sóng hệ thống định vị vơ tuyến iii luan an Anten anten mảng Anten điều khiển búp sóng hệ thống định vị vô tuyến 1.6 Kết luận chương HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ VÔ TUYẾN BA TRẠM TRONG NHÀ 2.1 Giới thiệu chương 2.2 Giải pháp anten điều khiển búp sóng mảng pha dải quạt hẹp Giải pháp thiết kế anten phần tử lưỡng cực mạch in Thiết kế dịch pha vi dải sử dụng ma trận Butler Kết anten điều khiển búp sóng mảng pha dải quạt hẹp 2.3 Thực nghiệm hệ thống định vị ba trạm sử dụng anten điều khiển búp sóng dải quạt hẹp Cấu hình hoạt động hệ thống Thử nghiệm phương pháp định vị Kết luận đánh giá hệ thống 2.4 Kết luận chương HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ VÔ TUYẾN TRONG NHÀ ĐƠN TRẠM SỬ DỤNG ANTEN ĐIỀU KHIỂN BÚP SÓNG 3.1 Giới thiệu chương Hệ định vị đơn trạm sử dụng AĐKBS mảng pha Hệ định vị đơn trạm sử dụng AĐKBS chuyển búp 3.2 Giải pháp thiết kế anten điều khiển búp sóng mảng pha dải quạt rộng 3.3 Giải pháp thiết kế anten điều khiển búp sóng chuyển búp phân cực trịn Anten phân cực tròn sử dụng kỹ thuật quay Thiết kế anten điều khiển búp sóng chuyển búp phân cực trịn 3.4 Thực nghiệm hệ thống định vị đơn trạm tích hợp anten điều khiển búp sóng mảng pha dải quạt rộng Cấu hình hoạt động hệ thống Thử nghiệm phương pháp định vị Kết luận đánh giá hệ thống 3.5 Thực nghiệm hệ thống đơn trạm tích hợp anten điều khiển búp sóng chuyển búp phân cực trịn Cấu hình hệ thống Phương pháp định vị dấu vân tay Kết luận đánh giá hệ thống iv luan an 3.6 Kết luận chương KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN ÁN DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN TÀI LIỆU THAM KHẢO v luan an DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu viết tắt ANN AoA AP BGI BW CSI DoA ESPRIT FNBW HPBW IPS ISM KNN LoS LS MAC ML MSoS MUSIC MVDR NICs PoA QPD RB RF RFID RP RSS RSSI Tiếng Anh Tiếng Việt Artificial Neural Networks Mạng trí tuệ nhân tạo Angle of Arrival Góc tới Access Point Điểm truy cập Bilateral Greed Iteration Lặp tham lam Bandwidth Độ rộng băng thông Channel State Information Thông tin trạng thái kênh Direction of Arrival Hướng góc tới Estimation of Signal Parameters via Ước lượng tham số tín hiệu dựa Rotational Invariance Technique vào kỹ thuật bất biến quay First Null Power Beamwidth Độ rộng không Half Power Beamwidth Độ rộng búp sóng nửa cơng suất Indoor Positioning System Hệ thống định vị nhà Industrial, Scientific and Medical Công nghiệp, khoa học y tế K-Nearest Neighbors K hàng xóm gần Line-of-Sight Truyền thẳng Least Squares Bình phương tối thiểu Medium Access Control Điều khiển truy cập môi trường Maximum Likelihood Hợp lý Tổng bình phương khoảng cách Minimizes the Sum of Square nhỏ Multiple Signal Classification Phân loại tín hiệu đa đường Minimum Variance Distortionless Đáp ứng không méo phương sai Response cực tiểu Network Interface Cards Bo mạch giao diện mạng Phase Of Arrival Pha tới Quadrature Power Divider Bộ chia đôi nguồn vuông pha Router Board Bộ định tuyến Radio Frequency Sóng vơ tuyến Radio Frequency Identification Định danh sóng điện từ Remote-Positioning Định vị từ xa Received Signal Strength Cường độ tín hiệu thu Received Signal Strength Indicator Chỉ số cường độ tín hiệu thu vi luan an SR SSID SVD TDoA ToA UWB VSWR Wi-Fi Space and Frequency Division Đa truy cập theo không gian tần multiple access số Sequential Rotated Quay Service Set Identifier Mã định danh dịch vụ Singular Value Decomposition Phân tích giá trị riêng Time Difference of Arrival Độ lệch thời gian tới Time of Arival Thời gian tới Ultra-WideBand Băng thông siêu rộng Voltage Standing Wave Ratio Tỷ số điện áp sóng đứng Wireless Fidelity Truy cập mạng không dây WKNN Weighted K-nearest neighbor SFDMA AĐKBS CSDL ĐT ĐVTX ĐVTXGT LC-ĐaH LC-DâX LC-ĐiH TĐV TĐVGT K hàng xóm gần có trọng số Anten điều khiển búp sóng Cơ sở liệu Đối tượng Định vị từ xa Định vị từ xa gián tiếp Lưỡng cực mạch in đa hướng Lưỡng cực mạch in dẫn xạ Lưỡng cực mạch in định hướng Tự định vị Tự định vị gián tiếp vii luan an DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TOÁN HỌC TT Ký hiệu Mơ tả k Hệ số sóng khơng gian tự (k = 2π/) εr Hằng số điện môi εeff Hằng số điện môi hiệu dụng θ Góc quay búp sóng ϕ Góc phương vị Hệ số tổn hao φ Góc lệch pha Bước sóng khơng gian tự g Bước sóng mơi trường 10 Hệ số sóng mơi trường ( = 2π/g) 11 φ Pha ban đầu 12 Z0 Trở kháng đặc trưng đường truyền 13 Tham số ước lượng 14 (.)T Ma trận chuyển vị 15 (.)-1 Ma trận nghịch đảo 16 Tổng 17 Γ Hệ số phản xạ viii luan an DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN DANH MỤC CÁC CƠNG BỐ CHÍNH Bùi Thị Duyên, Ngô Văn Đức, Lê Minh Thùy, Nguyễn Quốc Cường, (2015) “Mô số khả điều chỉnh đồ thị xạ cho dipole antenna vi dải băng thông rộng”, Kỷ yếu hội nghị khoa học kỹ thuật đo lường toàn quốc lần thứ sáu, pp 1002-1008, Hà Nội, tháng Thi Duyen Bui, V D Ngo, B H Nguyen, Q C Nguyen, and M T Le, (2016) “Design of beam steering antenna for localization applications,” in 2016 International Symposium on Antennas and Propagation (ISAP), Japan, pp 956– 957 (Scopus) Thi Duyen Bui, Q C Nguyen, and M T Le, (2017) “Novel wideband circularly polarized antenna for wireless applications,” in Microwave Conference (APMC), 2017 IEEE Asia Pacific, KUALA LUMPUR, Malaysia, pp 430–433 DOI: 10.1109/APMC.2017.8251472 (Scopus) Thi Duyen Bui, L Minh Thuy and N Quoc Cuong, (2017) “High gain antenna with wide angle radiation for modern wireless communication applications,” in International Conference on Advanced Technologies for Communications, pp 39– 42 DOI: 10.1109/ATC.2017.8167638 Bùi Thị Duyên, Nguyễn Trì, Lê Minh Thùy, Nguyễn Quốc Cường, (2018) “Định vị môi trường hẹp dựa mạng cảm biến khơng dây theo chuẩn IEEE 802.15.4” Tạp chí Nghiên cứu khoa học công nghệ quân sự, Số 56, pp 126133, ISSN 1859 - 1043 Thi Duyen Bui, Minh Thuy Le, and Quoc Cuong Nguyen, (2018) “Electronically steerable antenna array for indoor positioning system,” Journal of Electromagnetic Waves and Applications., pp 1–15, ISSN 0920-5071 (SCIE-Q2) DANH MỤC CÁC CƠNG BỐ LIÊN QUAN Ngơ Văn Đức, Bùi Thị Duyên, Lê Minh Thùy, Nguyễn Quốc Cường, (2015) “Thiết kế ăng-ten điều hướng cho hệ thống định danh/định vị dải tần UHF”, Kỷ yếu hội nghị khoa học kỹ thuật đo lường toàn quốc lần thứ sáu, pp 605-611, Hà Nội, tháng Bùi Thị Duyên, Ngô Văn Đức, Lê Minh Thùy, and Nguyễn Quốc Cường, (2015) “Anten định hướng cao sử dụng lớp siêu vật liệu phản xạ bề mặt PRS,” Tạp chí khoa học công nghệ lượng, Trường Đại học Điện Lực, số 9, pp 78–84, ISSN 1859 - 4557 N Nhu Huan, L Anh Dung, B Thi Duyen, N Thanh Tung, and L Minh Thuy, (2016) “Wideband left-Handed Metamaterial: Analysis, modelling, and testing for antennagain enhancement,” in Proceedings of the 2016 VIETnam-Japan, pp 7984, Nha Trang Nhu Huan Nguyen, Thi Duyen Bui, Anh Dung Le, Anh Duc Pham, Thanh Tung Nguyen, Quoc Cuong Nguyen and Minh Thuy Le, (2018) “A Novel Wideband Circularly Polarized Antenna for RF Energy Harvesting in Wireless Sensor Nodes,” Int J Antennas Propag., vol 2018, pp 1–9, ISSN: 1687-5869 (SCIE-Q3) luan an TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] P Jensfelt, (2001) “Approaches to mobile robot localization in indoor environments,” Royal Institute of Technology, Switzerland K Pahlavan and P Krishnamurthy, (2013), Principles of wireless access and localization Chichester, West Sussex, United Kingdom: John Wiley & Sons Inc © ELEDIA Research Center, (2016), “ELEDIA Wireless Indoor Localization,” ELEDIA WaLK [Online] Available: http://www.eledia.org/showcase/walk/ A H Ismail, H Kitagawa, R Tasaki, and K Terashima, “WiFi RSS fingerprint database construction for mobile robot indoor positioning system,” in 2016 IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics (SMC), Budapest, Hungary, pp 0001561–001566 JOSE FERMOSO, (2009 “Nokia’s Location Sensor concept ‘keychain’ to lead hybrird location-based services,” https://www.wired.com/2009/02/nokiaslocation/, Feb-2009 P Harrop, (2014) “Mobile phone indoor positioning systems create $10bn market,” Jan-2014 “7 Examples of Location-Based Services Apps.” [Online] Available: https://medium.com/@the_manifest/7-examples-of-location-based-servicesapps-82b8be3bdcac C Esposito and M Ficco, (2011), “Deployment of RSS-Based Indoor Positioning Systems,” Int J Wirel Inf Netw., vol 18, no 4, pp 224–242 Dr Rainer Mautz, (2012), “Indoor Positioning Technologies,” thesis, Institute of Geodesy and Photogrammetry, ETH Zurich, Switzerland A Yassin et al., (2017), “Recent Advances in Indoor Localization: A Survey on Theoretical Approaches and Applications,” IEEE Commun Surv Tutor., pp 1–1 Y Gu, A Lo, and I Niemegeers, (2009), “A survey of indoor positioning systems for wireless personal networks,” IEEE Commun Surv Tutor., vol 11, no 1, pp 13–32 S Doiphode, J W Bakal, and M Gedam, (2016), “Survey of Indoor Positioning Measurements, Methods and Techniques,” Int J Comput Appl., vol 140, no 7, pp 1–4 P Davidson and R Piche, (2017), “A Survey of Selected Indoor Positioning Methods for Smartphones,” IEEE Commun Surv Tutor., vol 19, no 2, pp 1347–1370 J Biswas and M Veloso, (2010), “WiFi localization and navigation for autonomous indoor mobile robots,” in 2010 IEEE International Conference on Robotics and Automation, Anchorage, AK, pp 4379–4384 Y Shi et al., (2018), “Design of a Hybrid Indoor Location System Based on Multi-Sensor Fusion for Robot Navigation,” Sensors, vol 18, no 10, p 3581 Christ, Godwin, and Lavigne, (1993), “A prison guard Duress alarm location system,” in Proceedings of IEEE International Carnahan Conference on Security Technology CCST-94, Albuquerque, NM, USA, pp 106–116 luan an ... ĐỊNH VỊ VÔ TUYẾN TRONG NHÀ SỬ DỤNG ANTEN ĐIỀU KHIỂN BÚP SÓNG 1.1 Tổng quan hệ thống định vị vô tuyến nhà Hệ thống định vị vô tuyến sử dụng anten truyền thống Hệ thống định vị vơ tuyến. .. Phương pháp định vị 1.5 Anten anten điều khiển búp sóng hệ thống định vị vô tuyến iii luan an Anten anten mảng Anten điều khiển búp sóng hệ thống định vị vơ tuyến 1.6... Thực nghiệm hệ thống định vị ba trạm sử dụng anten điều khiển búp sóng dải quạt hẹp 2.4 Kết luận chương HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ VÔ TUYẾN TRONG NHÀ ĐƠN TRẠM SỬ DỤNG ANTEN ĐIỀU KHIỂN BÚP SÓNG 3.1 Giới