Contributions to radio frequency indoorpositioning and through-the-wall mapping
Autor(a) principal: | |
---|---|
Data de Publicação: | 2017 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | eng |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFRJ |
Texto Completo: | http://hdl.handle.net/11422/6081 |
Resumo: | The first part of this work introduces a novel machine-learning based location engine aiming at improving floor identification accuracy in radio frequency (RF) multi-floor indoor positioning while preserving a low two-dimensional positioning error. The location engine also reduces the position fix computational complexity. A large database of RF samples was collected in a 13-storey building to evaluate the proposal. The second part of this work studies in detail radio tomographic imaging, also referred to as RF-based through-the-wall mapping (TWM). Four different reconstruction algorithms – two projective and two algebraic – are compared using a path-loss model corrupted by Rayleigh noise in a parallel-beam acquisition geometry. After that, the thesis proposes applying the Finite Element Method (FEM) to simulate several parallel-beam geometry RF TWM setups, providing a more accurate simulation model. The meshing parameters of the FEM model geometry have been optimized, enabling a significant computational cost reduction while preserving accuracy. Reconstruction of two floor maps is carried out using the FEM model with different sampling rates, operational frequencies, and antenna models. Finally, a multi-sensor circular acquisition geometry (MCG) is defined to reduce the time required to acquire the RF samples in comparison to the parallel-beam geometry. The MCG scheme is evaluated using the proposed FEM framework. |
id |
UFRJ_38addff3e500fe6177759ebb1fd7f4db |
---|---|
oai_identifier_str |
oai:pantheon.ufrj.br:11422/6081 |
network_acronym_str |
UFRJ |
network_name_str |
Repositório Institucional da UFRJ |
repository_id_str |
|
spelling |
Contributions to radio frequency indoorpositioning and through-the-wall mappingContribuições à localização indoor e ao mapeamento através de paredes utilizando radiofrequênciaMapas especiaisAmbientes fechadosAlgoritmosMétodo dos elementos finitosCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAThe first part of this work introduces a novel machine-learning based location engine aiming at improving floor identification accuracy in radio frequency (RF) multi-floor indoor positioning while preserving a low two-dimensional positioning error. The location engine also reduces the position fix computational complexity. A large database of RF samples was collected in a 13-storey building to evaluate the proposal. The second part of this work studies in detail radio tomographic imaging, also referred to as RF-based through-the-wall mapping (TWM). Four different reconstruction algorithms – two projective and two algebraic – are compared using a path-loss model corrupted by Rayleigh noise in a parallel-beam acquisition geometry. After that, the thesis proposes applying the Finite Element Method (FEM) to simulate several parallel-beam geometry RF TWM setups, providing a more accurate simulation model. The meshing parameters of the FEM model geometry have been optimized, enabling a significant computational cost reduction while preserving accuracy. Reconstruction of two floor maps is carried out using the FEM model with different sampling rates, operational frequencies, and antenna models. Finally, a multi-sensor circular acquisition geometry (MCG) is defined to reduce the time required to acquire the RF samples in comparison to the parallel-beam geometry. The MCG scheme is evaluated using the proposed FEM framework.A primeira parte deste trabalho introduz um novo sistema de localização baseado em aprendizado de máquina para aumentar a acurácia da identificação do andar na localização em prédios baseada em radiofrequêcia (RF), enquanto preserva-se baixo o erro de localização bidiminensional. O método também reduz a complexidade computacional do cálculo da estimativa de posição. Um banco de dados de amostras de RF foi coletado em um prédio com 13 andares para avaliar a proposta. A segunda parte deste trabalho analisa o imageamento tomográfico não-invasivo utilizando RF, ou mapeamento através de paredes (TWM - Through-the-Wall Mapping). Quatro algoritmos de reconstrução – dois projetivos e dois algébricos – são comparados utilizando um modelo de perda de propagação corrompido por ruído Rayleigh em uma geometria de aquisição com feixes de raios paralelos. Em seguida, a tese propõe a aplicação do método dos elementos finitos (FEM - Finite Element Method) para simular diversas configurações de TWM, proporcionando um modelo de simulação mais acurado. Os parâmetros da discretização (meshing) do modelo FEM foram otimizados, reduzindo significativamente o custo computacional, sem comprometer a acurácia. A reconstrução de duas plantas-baixas é realizada empregando diferentes taxas de amostragem, frequências de operação e modelos de antena. Por fim, uma geometria de aquisição circular com múltiplos sensores (MCG - Multi-Sensor Circular Acquisition Geometry) é definida para reduzir o tempo de obtenção de amostras de RF em comparação com a geometria de raios paralelos. O esquema MCG é avaliado utilizando o modelo FEM proposto.Universidade Federal do Rio de JaneiroBrasilInstituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de EngenhariaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUFRJCampos, Marcello Luiz Rodrigues dehttp://lattes.cnpq.br/1114838283521313Lovisolo, LisandroSilva, Eduardo Antônio Barros daMota, João César MouraDias, Maurício Henrique CostaCampos, Rafael Saraiva2019-01-10T16:20:43Z2023-12-21T03:05:27Z2017-06info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesishttp://hdl.handle.net/11422/6081engCAMPOS,R. S.; LOVISOLO, L.; Campos, M. L. R. Geometria de aquisição circular com Múltiplos sensores para mapeamento atraves de paredes utilizando sinais de RF. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE TELECOMUNICAÇÕES E PROCESSAMENTO DE SINAIS, 35., 2017, São Pedro. Anais... Rio de Janeiro: Sociedade Brasileira de Telecomunicações, 2017. Disponível em: http://www.sbrt.org.br/sbrt2017/anais/1570361927.pdfinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFRJinstname:Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)instacron:UFRJ2023-12-21T03:05:27Zoai:pantheon.ufrj.br:11422/6081Repositório InstitucionalPUBhttp://www.pantheon.ufrj.br/oai/requestpantheon@sibi.ufrj.bropendoar:2023-12-21T03:05:27Repositório Institucional da UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)false |
dc.title.none.fl_str_mv |
Contributions to radio frequency indoorpositioning and through-the-wall mapping Contribuições à localização indoor e ao mapeamento através de paredes utilizando radiofrequência |
title |
Contributions to radio frequency indoorpositioning and through-the-wall mapping |
spellingShingle |
Contributions to radio frequency indoorpositioning and through-the-wall mapping Campos, Rafael Saraiva Mapas especiais Ambientes fechados Algoritmos Método dos elementos finitos CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA |
title_short |
Contributions to radio frequency indoorpositioning and through-the-wall mapping |
title_full |
Contributions to radio frequency indoorpositioning and through-the-wall mapping |
title_fullStr |
Contributions to radio frequency indoorpositioning and through-the-wall mapping |
title_full_unstemmed |
Contributions to radio frequency indoorpositioning and through-the-wall mapping |
title_sort |
Contributions to radio frequency indoorpositioning and through-the-wall mapping |
author |
Campos, Rafael Saraiva |
author_facet |
Campos, Rafael Saraiva |
author_role |
author |
dc.contributor.none.fl_str_mv |
Campos, Marcello Luiz Rodrigues de http://lattes.cnpq.br/1114838283521313 Lovisolo, Lisandro Silva, Eduardo Antônio Barros da Mota, João César Moura Dias, Maurício Henrique Costa |
dc.contributor.author.fl_str_mv |
Campos, Rafael Saraiva |
dc.subject.por.fl_str_mv |
Mapas especiais Ambientes fechados Algoritmos Método dos elementos finitos CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA |
topic |
Mapas especiais Ambientes fechados Algoritmos Método dos elementos finitos CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA |
description |
The first part of this work introduces a novel machine-learning based location engine aiming at improving floor identification accuracy in radio frequency (RF) multi-floor indoor positioning while preserving a low two-dimensional positioning error. The location engine also reduces the position fix computational complexity. A large database of RF samples was collected in a 13-storey building to evaluate the proposal. The second part of this work studies in detail radio tomographic imaging, also referred to as RF-based through-the-wall mapping (TWM). Four different reconstruction algorithms – two projective and two algebraic – are compared using a path-loss model corrupted by Rayleigh noise in a parallel-beam acquisition geometry. After that, the thesis proposes applying the Finite Element Method (FEM) to simulate several parallel-beam geometry RF TWM setups, providing a more accurate simulation model. The meshing parameters of the FEM model geometry have been optimized, enabling a significant computational cost reduction while preserving accuracy. Reconstruction of two floor maps is carried out using the FEM model with different sampling rates, operational frequencies, and antenna models. Finally, a multi-sensor circular acquisition geometry (MCG) is defined to reduce the time required to acquire the RF samples in comparison to the parallel-beam geometry. The MCG scheme is evaluated using the proposed FEM framework. |
publishDate |
2017 |
dc.date.none.fl_str_mv |
2017-06 2019-01-10T16:20:43Z 2023-12-21T03:05:27Z |
dc.type.status.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
dc.type.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
format |
doctoralThesis |
status_str |
publishedVersion |
dc.identifier.uri.fl_str_mv |
http://hdl.handle.net/11422/6081 |
url |
http://hdl.handle.net/11422/6081 |
dc.language.iso.fl_str_mv |
eng |
language |
eng |
dc.relation.none.fl_str_mv |
CAMPOS,R. S.; LOVISOLO, L.; Campos, M. L. R. Geometria de aquisição circular com Múltiplos sensores para mapeamento atraves de paredes utilizando sinais de RF. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE TELECOMUNICAÇÕES E PROCESSAMENTO DE SINAIS, 35., 2017, São Pedro. Anais... Rio de Janeiro: Sociedade Brasileira de Telecomunicações, 2017. Disponível em: http://www.sbrt.org.br/sbrt2017/anais/1570361927.pdf |
dc.rights.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/openAccess |
eu_rights_str_mv |
openAccess |
dc.publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Federal do Rio de Janeiro Brasil Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica UFRJ |
publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Federal do Rio de Janeiro Brasil Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica UFRJ |
dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:Repositório Institucional da UFRJ instname:Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) instacron:UFRJ |
instname_str |
Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) |
instacron_str |
UFRJ |
institution |
UFRJ |
reponame_str |
Repositório Institucional da UFRJ |
collection |
Repositório Institucional da UFRJ |
repository.name.fl_str_mv |
Repositório Institucional da UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) |
repository.mail.fl_str_mv |
pantheon@sibi.ufrj.br |
_version_ |
1815455980244172800 |