Loading...

Analyzing Local Positioning Systems Without Satellites

Ramezanpour, Keyvan | 2010

1492 Viewed
  1. Type of Document: M.Sc. Thesis
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 40641 (05)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Electrical Engineering
  6. Advisor(s): Fotowat-Ahmady, Ali; Hossein Khalaj, Babak
  7. Abstract:
  8. Increasing needs for wireless positioning systems, especially in modern wireless networks, have emerged new trends in research on local positioning systems and algorithms. In this dissertation, several geometric arrangement of positioning systems, different types of wireless measurements used for positioning, and estimation of desirable coordinate parameters based on them are investigated. The set of constrained linearized equations, by introducing intermediate variables are developed and compared with Cramer-Rao bounds. Performance bounds of ToA, TDoA and round-trip ToA systems are obtained and their sensitivity to the location changes of the target and reference stations is examined through simulations. One of the most important features of wireless channels is multipath propagation. Time and spatial diversity provided by multipath signals may be exploited to improve detection layer performance. However, multipath fading effects restrict the performance. Using wideband signals such as direct sequence spread spectrum signals as well as antenna arrays are popular solutions to the fading problem. Optimal and sub-optimal strategies of spread-spectrum signal acquisition in multipath environments, with single antenna and antenna arrays are introduced and analyzed with simulations. The most significant effect of multipath propagation in positioning systems is the error they introduce in the estimation of signal parameters. As a consequence, the multipath propagation imposes harsh restrictions on the accuracy of positioning systems. Several algorithms for alleviating multipath errors in the tracking of spreadspectrum signals are introduced and analyzed. The set of feedforward algorithms provide promising solutions to the estimation of receiving code phase in the presence of multipath signals. However, they involve high complexity burden, in addition to their high sensitivity to the noise thresholds and the receiver front-end bandwidths. Feedback algorithms, although have simple structures and acceptable noise behavior, multipath signals deteriorate their performance substantially. A new tracking algorithm is proposed based on a feedback structure that significantly improves the multipath performance of feedback structures. This is done by separating the phase discriminator and utilizing suitable reference waveforms. Thus a novel method with the simplicity of feedback structures and a multipath performance comparable to feedforward algorithms is designed. Finally, three different layouts for positioning system are adopted for given requirements and resources. A system with two layers of reference stations based on round-trip ToA method is proposed for the situation when the strict synchronization of ToA system is not practical. Although robust to geometric changes, the system has worse performance relative to ToA and TDoA systems. The second design consists of three layers of reference stations based on TDoA positioning. In the third scheme for a positioning system, relays are included to extend the range of the system. In this way, the concept of relay may be used for the purpose of positioning in the area where the signals of reference stations are blocked. Relays may also be utilized to provide spatial diversity for improved accuracy.

  9. Keywords:
  10. Antenna Array ; Tracking ; Kalman Filters ; Code Acquisition ; Least Squares Estimation ; Spread Spectrum Signal Aquisition

 Digital Object List

 Bookmark

  • LPS_Final_Report
    • فهرست مطالب
    • لیست تصاویر
    • لیست جداول
    • پیش درآمد
    • آرایش های هندسی و آنالیز خطا
      • اندازه گیری فاصله
      • اندازه گیری اختلاف فاصله
      • بیضی های خطا
        • بیضی های خطای اندازه گیری فاصله
        • بیضی های خطا برای سیستم های هذلولوی
      • حل معادلات حاصل در سیستم های تعیین موقعیت
        • حل دسته معادلات حاصل از ToA و RSS
        • حل دستگاه معادلات حاصل از TDoA
        • حل دستگاه معادلات حاصل از AoA
        • ترکیب TDoA-AoA
        • بررسی عملکرد الگوریتم های CWLS
        • حل معادلات TDoA به صورت مجانبی برای فواصل دور
        • تخمین ML برای حل معادلات TDoA
        • تخمین ML برای ترکیب TDoA و AoA
        • تضعیف دقت (DoP) در سیستم های TDoA
        • مقایسه خطاهای تعیین موقعیت در روش های ToA و TDoA
    • آشکارسازی سیگنال های طیف گسترده در محیط های چند مسیره
      • رهگیری موازی و قاعده تصمیم گیری بهینه در کانال چندمسیره
        • قاعده تصمیم گیری زیربهینه
      • رهگیری سری و روش جستجوی بهینه در کانال چندمسیره
        • ترتیب های جستجو
        • زمان جذب
        • زمان جذب در حوزه تبدیل
      • آشکار سازی سیگنال های طیف گسترده توسط آرایه های آنتن
        • مصالحه دايورسيتي و ساختارهاي موازي در آرايه آنتن
        • قاعده تصمیم گیری براساس خروجی آرایه آنتن
        • آنالیز عملکرد سیستم رهگیری آرایه آنتن
      • تنظيم همزمان پرتو آنتن و رهگيري طيف گسترده
        • تنظیم پرتو آنتن با فیلتر وینر در رهگیری طیف گسترده
        • احتمالات آشکار سازی و آژیر غلط تنظیم پرتو با فیلتر وینر
        • کاهش پیچیدگی تنظیم پرتو با فیلتر وینر
        • آرايه آنتن هوشمند براي رهگيري طيف گسترده
        • آنالیز عملکرد آرایه آنتن هوشمند برای رهگیری
        • رهگیری با آرایه آنتن هوشمند و حد آستانه وفقی
      • رهگیری دوبعدی کد طیف گسترده با آرایه آنتن
        • تداخل و نویز سفید در حوزه زمان و فضا و کانال تک مسیره
        • عملكرد جستجوي دو بعدي در كانال چند مسيره
        • جستجوی دو بعدی در حضور تداخل غیر سفید فضایی
    • همزمان سازی سیگنال های طیف گسترده در محیط های چندمسیره
      • مروری بر الگوریتم های همزمان سازی کد طیف گسترده
      • مدل سیگنال در ساختارهای ردگیری دیر-زود
      • مدل سيگنال در ساختار همبستگي سنج استروب
      • تحليل خطاي ردگيري ناشي از نويز در حلقه‌هاي ردگيري فيدبك
        • خطای نویز در حلقه های دیر-زود
        • خطای نویز در همبستگی سنج های استروب
      • روش شيب دير-زود براي حذف خطاي چند مسيره
      • حلقه قفل تاخیر تخمین چندمسیره (MEDLL)
      • الگوریتم های تعقیب پیک
        • پیک فیلتر منطبق
        • پیک مشتق مرتبه دوم
        • پیک های تیگر-کایزر
        • الگوریتم تعقیب پیک
      • ساختار DLL پیشنهادی پیشرو-پسرو
      • مقایسه عملکرد الگوریتم های ردگیری در کانال محو شدگی
    • مروری بر سیستم های موقعیت یابی موجود
      • اندازه گیری اختلاف فاصله با استفاده از اختلاف فاز
      • سیستم های موقعیت یابی زمینی
        • سیستم موقعیت یابی OMEGA
        • سیستم موقعیت یابی DECCA
        • سیستم تعیین موقعیت DME/VOR
      • مروری بر سیستم های موقعیت یابی ماهواره ای
        • تصحیح ساعت ماهواره ها و اثرات نسبیتی
        • اثرات نسبیتی در ساعت ماهواره ها
        • تبدیلات زمان در سیستم های موقعیت یابی ماهواره ای
        • سیستم موقعیت یابی ماهواره ای GLONASS
        • سیستم موقعیت یابی عمومی گالیله
        • سیستم موقعیت یابی ماهواره ای چینی
        • سیستم موقعیت یابی بومی هند
        • سیستم بومی ژاپنی مکمل GPS
    • طرح پیشنهادی برای سیستم موقعیت یابی بدون ماهواره و آنالیز عملکرد
      • نگاهی بر تکنیک های تعیین موقعیت بی سیم
      • مقایسه روش های اندازه گیری فاصله
        • روش زمان انتقال سیگنال
        • روش اختلاف فاز
      • روش های اندازه گیری زاویه
      • مشخصات سیستم های زمینی موجود
        • مشخصات سیستم OMEGA
        • مشخصات سیستم DECCA
        • مشخصات سیستم LORAN-C
      • طراحی سیستم موقعیت یاب محلی
        • نیازمندی ها
        • تعیین روش انتشار موج
        • انتقال زمان
        • طرح راداری/ToA
        • طرح ToA/ToA
        • طرح سه لایه ای ToA/TDoA
        • مقایسه باند کرامر-رائو در سه روش ToA، TDoA و راداری
        • روش ترکیبی TDoA/AoA
        • فیلتر کالمن مقید برای ترکیب AoA/TDoA
        • طرح ToA/ToA مبتنی بر رله
        • مقایسه عملکرد طرح رله با طرح ToA
    • نتیجه گیری
      • آرایش های هندسی تعیین موقعیت
      • محیط انتشار چندمسیره
        • آشکارسازی در محیط های چندمسیره و آرایه های آنتن
        • ردگیری سیگنال های طیف گسترده در محیط های چندمسیره
      • جمع بندی و طرح های پبشنهادی
    • کتاب‌نامه
  • Abs2
  • Abs1
...see more