Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10773/14100
Title: In search of reliable centimeter-level indoor positioning: a smartphone-based approach
Other Titles: Desenvolvimento de metodologias para localização indoor de smartphones com exatidão ao centímetro
Author: Lopes, Sérgio Ivan Fernandes
Advisor: Vieira, José Manuel Neto
Carvalho, Nuno Borges
Keywords: Engenharia electrotécnica
Redes de sensores sem fios
Sincronização de relógios
Localização automática
Defense Date: 2014
Publisher: Universidade de Aveiro
Abstract: This thesis describes the design and implementation of a reliable centimeter-level indoor positioning system fully compatible with a conventional smartphone. The proposed system takes advantage of the smartphone audio I/O and processing capabilities to perform acoustic ranging in the audio band using non-invasive audio signals and it has been developed having in mind applications that require high accuracy, such as augmented reality, virtual reality, gaming and audio guides. The system works in a distributed operation mode, i.e. each smartphone is able to obtain its own position using only acoustic signals. To support the positioning system, a Wireless Sensor Network (WSN) of synchronized acoustic beacons is used. To keep the infrastructure in sync we have developed an Automatic Time Synchronization and Syntonization (ATSS) protocol with a standard deviation of the sync offset error below 1.25 μs. Using an improved Time Difference of Arrival (TDoA) estimation approach (which takes advantage of the beacon signals’ periodicity) and by performing Non-Line-of-Sight (NLoS) mitigation, we were able to obtain very stable and accurate position estimates with an absolute mean error of less than 10 cm in 95% of the cases and a mean standard deviation of 2.2 cm for a position refresh period of 350 ms.
Esta tese descreve o projeto e a implementação de um sistema de localização para ambientes interiores totalmente compatível com um smartphone convencional. O sistema proposto explora a capacidade de aquisição de sinais áudio e de processamento do smartphone para medir distâncias utilizando sinais acústicos na banda do audível; foram utilizados sinais áudio não-invasivos, i.e. com reduzido impacto perceptual em humanos. No desenvolvimento deste sistema foram consideradas aplicações que exigem elevada exatidão, na ordem dos centímetros, tais como realidade aumentada, realidade virtual, jogos ou guias virtuais. Utilizou-se uma infraestrutura de faróis de baixo custo suportada por uma rede de sensores sem fios (RSSF). Para manter a infraestrutura síncrona, foi desenvolvido um protocolo de sincronização e sintonização automática, (Automatic Time Synchronization and Syntonization - ATSS) que garante um desvio padrão do erro de offset abaixo de 1.25 μs. Cada smartphone efectua medidas MT-TDoA que posteriormente são utilizadas pelo algoritmo de localização hiperbólica. As estimativas de posição resultantes são estáveis e precisas, com um erro médio absoluto menor do que 10 cm em 95% dos casos e um desvio padrão médio de 2.2 cm, para um período de atualização de posição de 350 ms.
Description: Doutoramento em Engenharia Electrotécnica
URI: http://hdl.handle.net/10773/14100
Appears in Collections:UA - Teses de doutoramento
DETI - Teses de doutoramento

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
in search of reliable centimeter-level indoor positioning.pdf21.67 MBAdobe PDFView/Open


FacebookTwitterDeliciousLinkedInDiggGoogle BookmarksMySpace
Formato BibTex MendeleyEndnote Degois 

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.