Skip to main content
SUPERVISOR
محمدصادق فاضل فلاورجانی (استاد راهنما) محمد قوامی (استاد مشاور) سمانه حسینی سمنانی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Leyla Nosrati
لیلا نصرتی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396

TITLE

Localization of person inside the building using the UWB drone and deep learning approach
Elderly or sick people, who have just been discharged from the hospital and live alone in their homes, need a variety of help. As they may forget to do something, albeit partially, that could lead to a serious safety threat. In this regard, a home surveillance system based on wireless sensor networks can take care of these people at their homes and if there are any emergencies, the system can send a message to caregivers or surrounding hospitals using a radio modem to take precautionary measures. Accurate localization in indoor environments with ultra-wideband (UWB) technology has long been attracted much attention. However, due to the presence of multipath components or non-line of sight (NLOS) propagation of radio signals, indoor UWB localization has been converted to a critical challenge. Using several anchors in the indoor environment is one of the existing solutions. But large indoor areas require a large number of anchor nodes. On the other hand in the case of unexpected events that lead to the destruction of existing infrastructures, the fixed anchors cannot be used. In this thesis, a novel localization framework based on the transmitting signal from a moving UWB-capable drone outside of the building and its received signal regarding the modified SV channel model is presented. After preprocessing of the received signals, three new methods for reducing the indoor localization error are proposed. To improve the performance of the indoor localization system, in the first method, two machine learning algorithms including support vector machine (SVM) and multi-layer perceptron (MLP) using extracted features of the received signals are implemented. Also, in the second method, two deep learning algorithms including MLP and convolutional neural networks (C) using raw received signals are implemented. The simulation results show that the architecture designed for the convolutional neural network based on the hybrid dataset (the combination of the database related to the time and power of the received signal) provides a mean absolute error (MAE) of about 3 cm. Therefore, this type of architecture offers better performance compared to the previous methods. Also, in the third proposed method, by using the reinforcement learning, the drone is learned to fly to suitable anchor points which the amount of power loss is less and as a result, the accuracy of localization is increased by using these points. Key Words: UWB Technology, Multipath Components, Indoor Localization, Machine Learning, Reinforcement Learning
افراد سالمند یا بیمارانی که به تازگی از بیمارستان ترخیص شده‌اند و به تنهایی در خانه‌ای سکنی دارند، نیازمند کمک‌های گوناگونی هستند، زیرا ممکن است فراموش کنند کاری هر چند جزئی ولی حیاتی را به درستی انجام دهند که این می‌تواند منجر به تهدید ایمنی جدی برایشان شود. در این رابطه سامانه‌ای جهت نظارت بر خانه مبتنی بر شبکه‌های حسگر بی‌سیم می‌تواند از این افراد در خانه مراقبت کند و در صورت مشاهده هرگونه مورد اضطراری، پیامی را با استفاده از مودم رادیویی خود به مراقبین یا بیمارستان‌های اطراف آن محل برای انجام اقدامات پیشگیرانه ارسال نماید. مکان‌یابی دقیق افراد یا اشیاء در محیط‌های داخلی با استفاده از فناوری فرا پهن باند (UWB) مدت‌هاست که مورد توجه بسیاری قرار گرفته است. با این حال، به دلیل وجود مؤلفه‌های چند مسیره یا انتشار خط دید غیر مستقیم (NLOS) سیگنال‌های رادیویی، مکان‌یابی داخلی با استفاده از فناوری UWBبه یک چالش مهم تبدیل شده است. یکی از راه‌حل‌های موجود، استفاده از تعدادی گره مرجع ثابت «گره‌هایی با موقعیت معلوم که می‌توانند به عنوان فرستنده یا گیرنده بکار روند» در محیط داخلی است. اما از طرفی محیط‌های بزرگ به تعداد گره‌ مرجع زیادی احتیاج دارند و از طرف دیگر در صورت بروز حوادث غیرمنتظره که منجر به تخریب زیرساخت‌های موجود می‌شود، نمی‌توان از گره‌های مرجع‌ ثابت استفاده نمود. در این پژوهش، یک چارچوب مکان‌یابی جدید بر اساس ارسال سیگنال UWBاز یک پهپاد UWB متحرک «پهپادی که شامل ماژول UWBاست» در خارج از ساختمان و سیگنال دریافتی آن با در نظر گرفتن مدل کانال صالح والنزولا (SV) اصلاح شده ارائه می‌شود. پس از پیش‌پردازش سیگنال‌های دریافتی، سه روش جدید برای کاهش خطای مکان‌یابی داخلی پیشنهاد می‌شود. در روش پیشنهادی اول، دو الگوریتم یادگیری ماشین شامل ماشین بردار پشتیبان (SVM) و پرسپترون چند لایه (MLP) با استفاده از ویژگی‌های استخراج شده از سیگنال دریافتی پیاده‌سازی می‌شود. همچنین در روش دوم، دو الگوریتم یادگیری ماشین شامل MLP و شبکه‌ عصبی پیچش (CNN) با استفاده از سیگنال‌های دریافتی خام برای بهبود عملکرد سامانه مکان‌یابی داخلی پیاده‌سازی می‌شود. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهند که معماری طراحی شده برای شبکه عصبی پیچشی در مجموعه داده ترکیبی «ترکیب مجموعه داده مربوط به زمان و توان سیگنال‌های دریافتی» دارای متوسط خطای مطلق در حدود 3 سانتی‌متر است. بنابراین این نوع معماری عملکرد بهتری را در مقایسه با روش‌های قبلی ارائه می‌دهد. همچنین در روش پیشنهادی سوم با بکارگیری یادگیری تقویتی، به پهپاد UWB یاد می‌دهیم به نقاط مرجعی پرواز کند که در آن نقاط، توان سیگنال ارسالی کمتر افت پیدا می‌کند و در نتیجه با استفاده از این نقاط صحت مکان‌یابی افزایش می‌یابد. واژه‌های کلیدی: 1- فناوری فناپهن باند 2- مؤلفه‌های چند مسیره 3- مکان‌یابی داخلی 4-یادگیری ماشین 5-یادگیری تقویتی.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی