Tài liệu Nghiên cứu phát triển hệ thống định vị vô tuyến trong nhà sử dụng anten điều khiển búp sóng

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 và 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 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng các kết quả khoa học được trình bày trong luận án này là thành quả nghiên cứu của bản thân tôi trong suốt thời gian là nghiên cứu sinh. Các kết quả trình bày trong luận án là trung thực và chưa từng được các tác giả khác công bố. Các thông tin trích dẫn trong luận án là trung thực, được chỉ 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 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến PGS.TS. Nguyễn Quốc Cường, TS. Lê Minh Thùy đã dành nhiều thời gian, tâm huyết để trực tiếp hướng dẫn, định hướng, tạo động lực nghiên cứu và hỗ trợ nghiên cứu sinh về mọi mặt để hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo và các đồng nghiệp thuộc Khoa Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa, Trường Đại học Điện lực đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu. Xin trân trọng cảm ơn Bộ môn Kỹ thuật đo và Tin học công nghiệp, Viện Điện, Phòng Đào tạo, thuộc trường Đại học Bách khoa Hà Nội luôn giúp đỡ về mặt chuyên môn và hỗ trợ các thủ tục trong quá trình học tập, hoàn 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 và TS. Phan Hồng Phương, phòng thí nghiệm IMEP-LAHC, Đại học Grenoble, Pháp luôn giúp đỡ về đo kiểm các mẫu anten và các mạch điện tử cho luận án. Qua đây, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thành viên nhóm nghiên cứu thuộc phòng Lab – RF3I, Viện Điện, các bạn bè và đồng nghiệp đã quan tâm giúp đỡ, động viên tôi trong thời gian vừa qua. Cuối cùng, tôi xin gửi những tình cảm yêu quý nhất đến các thành viên trong gia đình, những người luôn động viên, hỗ trợ tôi về mọi mặt để tôi hoàn thành luận án này. ii 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 1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................... 1 2. Những vấn đề còn tồn tại và hướng nghiên cứu của luận án ....................... 3 3. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu .................................................. 7 4. Ý nghĩa khoa học của đề tài ............................................................................. 8 5. Những đóng góp chính của luận án ................................................................ 9 6. Cấu trúc nội dung của luận án ........................................................................ 9 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ VÔ TUYẾN TRONG NHÀ SỬ DỤNG ANTEN ĐIỀU KHIỂN BÚP SÓNG ........................................ 10 1.1. Tổng quan về các hệ thống định vị vô tuyến trong nhà ........................... 10 Hệ thống định vị vô tuyến sử dụng anten truyền thống ......................... 10 Hệ thống định vị vô tuyến sử dụng anten điều khiển búp sóng ............. 14 Kết luận .................................................................................................. 15 1.2. Các cấu hình định vị .................................................................................... 17 Cấu hình tự định vị ................................................................................. 17 Cấu hình định vị từ xa ............................................................................ 18 1.3. Sơ đồ khối chức năng của hệ thống định vị .............................................. 18 Đối tượng ................................................................................................ 19 Khối đo tham số vị trí ............................................................................. 19 Thuật toán xác định vị trí đối tượng ....................................................... 20 Hiển thị vị trí .......................................................................................... 21 1.4. Các kỹ thuật định vị .................................................................................... 21 Tham số vị trí.......................................................................................... 22 Phương pháp định vị............................................................................... 26 1.5. Anten và anten điều khiển búp sóng trong hệ thống định vị vô tuyến ... 39 iii Anten và anten mảng .............................................................................. 39 Anten điều khiển búp sóng trong hệ thống định vị vô tuyến ................. 41 1.6. Kết luận chương 1 ....................................................................................... 46 HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ VÔ TUYẾN BA TRẠM TRONG NHÀ . 47 2.1. Giới thiệu chương ........................................................................................ 47 2.2. Giải pháp anten điều khiển búp sóng mảng pha dải quạt hẹp................ 48 Giải pháp thiết kế anten phần tử lưỡng cực mạch in .............................. 48 Thiết kế bộ dịch pha vi dải sử dụng ma trận Butler ............................... 56 Kết quả anten điều khiển búp sóng mảng pha dải quạt hẹp ................... 62 2.3. Thực nghiệm hệ thống định vị ba trạm sử dụng anten điều khiển búp sóng dải quạt hẹp ......................................................................................................... 70 Cấu hình và hoạt động của hệ thống ...................................................... 70 Thử nghiệm các phương pháp định vị .................................................... 73 Kết luận và đánh giá hệ thống ................................................................ 79 2.4. Kết luận chương 2 ....................................................................................... 81 HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ VÔ TUYẾN TRONG NHÀ ĐƠN TRẠM SỬ DỤNG ANTEN ĐIỀU KHIỂN BÚP SÓNG .................................................. 83 3.1. Giới thiệu chương ........................................................................................ 83 Hệ định vị đơn trạm sử dụng AĐKBS mảng pha ................................... 83 Hệ định vị đơn trạm sử dụng AĐKBS chuyển búp ................................ 84 3.2. Giải pháp thiết kế anten điều khiển búp sóng mảng pha dải quạt rộng 85 3.3. Giải pháp thiết kế anten điều khiển búp sóng chuyển búp phân cực tròn 87 Anten phân cực tròn sử dụng kỹ thuật quay tuần tự............................... 88 Thiết kế anten điều khiển búp sóng chuyển búp phân cực tròn ............. 95 3.4. Thực nghiệm hệ thống định vị đơn trạm tích hợp anten điều khiển búp sóng mảng pha dải quạt rộng ............................................................................ 97 Cấu hình và hoạt động của hệ thống ...................................................... 97 Thử nghiệm các phương pháp định vị .................................................... 98 Kết luận và đánh giá hệ thống .............................................................. 102 3.5. Thực nghiệm hệ thống đơn trạm tích hợp anten điều khiển búp sóng chuyển búp phân cực tròn ............................................................................... 105 Cấu hình hệ thống................................................................................. 105 Phương pháp định vị dấu vân tay ......................................................... 109 Kết luận và đánh giá hệ thống .............................................................. 117 iv 3.6. Kết luận chương 3 ..................................................................................... 118 KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN ÁN ............................................................... 120 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ............. 122 TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................... 123 v 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 đầu tiên Half Power Beamwidth Độ rộng búp sóng nửa công suất Indoor Positioning System Hệ thống định vị trong nhà Industrial, Scientific and Medical Công nghiệp, khoa học và y tế K-Nearest Neighbors K hàng xóm gần nhất Line-of-Sight Truyền thẳng Least Squares Bình phương tối thiểu Medium Access Control Điều khiển truy cập môi trường Maximum Likelihood Hợp lý nhất Tổng bình phương khoảng cách Minimizes the Sum of Square nhỏ nhất 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 vô tuyến Radio Frequency Identification Định danh bằng 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 SR SSID SVD TDoA ToA UWB VSWR Wi-Fi Space and Frequency Division Đa truy cập theo không gian và tần multiple access số Sequential Rotated Quay tuần tự 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 nhất có trọng số Anten điều khiển búp sóng Cơ sở dữ 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 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TOÁN HỌC TT Ký hiệu Mô tả 1 k Hệ số sóng trong không gian tự do (k = 2π/) 2 εr Hằng số điện môi 3 εeff Hằng số điện môi hiệu dụng 4 θ Góc quay búp sóng 5 ϕ Góc phương vị 6  Hệ số tổn hao 7 φ Góc lệch pha 8  Bước sóng trong không gian tự do 9 g Bước sóng trong môi trường 10  Hệ số sóng trong môi trường ( = 2π/g) 11 φ Pha ban đầu 12 Z0 Trở kháng đặc trưng của 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 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Hình ảnh khái quát về hệ thống định vị vô tuyến trong nhà 2012-2017. . 13 Hình 1.2: Tổng hợp các hệ thống định vị vô tuyến tiêu biểu sử dụng anten truyền thống và anten điều khiển búp sóng những năm gần đây......................................... 16 Hình 1.3: Phân loại hệ thống định vị dựa trên cấu hình hệ thống định vị vô tuyến . 17 Hình 1.4: Sơ đồ khối chức năng của hệ thống định vị vô tuyến .............................. 18 Hình 1.5: Khối đo tham số vị trí ............................................................................... 19 Hình 1.6: Các kỹ thuật định vị được sử dụng trong luận án..................................... 21 Hình 1.7: Mô hình truyền sóng tồn tại hiệu ứng đa đường ...................................... 23 Hình 1.8: Xác định vị trí đối tượng dựa vào hai góc tới thu được từ hai trạm ......... 25 Hình 1.9: Định vị dựa vào góc của tín hiệu tới khi tồn tại sai lệch. ......................... 26 Hình 1.10: Xác định vị trí đối tượng trong hệ định vị hai chiều .............................. 27 Hình 1.11: Các trường hợp có thể xảy ra ở phương pháp giao khoảng cách ba trạm .................................................................................................................................. 28 Hình 1.12: Các trường hợp có thể xảy ra giữa hai đường tròn................................. 30 Hình 1.13: Xác định điểm thứ hai trong thuật toán BGI là M2 ................................ 30 Hình 1.14: Thuật toán MinMax xác định vị trí đối tượng từ bốn trạm .................... 31 Hình 1.15: Hệ định vị dựa vào khoảng cách và hướng sóng tới .............................. 31 Hình 1.16: Hệ định vị theo phương pháp dấu vân tay.............................................. 33 Hình 1.17: Sơ đồ hướng bức xạ và góc lệch pha giữa các phần tử trong mảng ....... 40 Hình 1.18: Sơ đồ khối của AĐKBS chuyển búp N phần tử. .................................... 43 Hình 1.19: Sơ đồ khối của anten điều khiển búp sóng mảng pha với N phần tử. .... 45 Hình 2.1: Lưỡng cực mạch in tiếp điện trung tâm và lưỡng cực dây tương đương . 49 Hình 2.2: Cấu trúc anten lưỡng cực mạch in đẳng hướng........................................ 49 Hình 2.3: Cấu trúc của anten LC-ĐaH tích hợp balun hình chữ “J” và sơ đồ tương đương của balun. ...................................................................................................... 50 Hình 2.4: Kết quả mô phỏng, đo của hệ số S11 và giản đồ bức xạ của anten LC-ĐaH .................................................................................................................................. 51 Hình 2.5: Hình ảnh anten LC-ĐaH được chế tạo ..................................................... 51 Hình 2.6: Cấu trúc của anten LC-ĐiH và hình ảnh chế tạo...................................... 52 Hình 2.7: Hệ số S11 mô phỏng, đo và giản đồ bức xạ của anten LC-ĐiH ................ 53 Hình 2.8: Hình ảnh nguyên lý và chế tạo của anten LC- DâX ................................. 54 Hình 2.9: Hệ số S11 và giản đồ bức xạ của anten LC- DâX tại dải tần 2,45GHz ..... 54 Hình 2.10: Cấu trúc anten LC-DâX nhiều chấn tử dẫn xạ và hệ số S11 của các anten lưỡng cực tại dải tần 5GHz ....................................................................................... 55 Hình 2.11: Giản đồ bức xạ của các anten LC-ĐaH, LC-ĐiH, LC-DâX gồm 2, 8 chấn tử dẫn xạ tại dải tần 5GHz ........................................................................................ 56 ix Hình 2.12: Cấu trúc chung của ma trận dịch pha Butler N×N ................................. 56 Hình 2.13: AĐKBS mảng pha sử dụng ma trận Butler với N = 4 ........................... 57 Hình 2.14: Cấu trúc của bộ QPD và cầu nối chéo .................................................... 58 Hình 2.15: Các tham số S và độ lệch pha giữa 2 cổng ra của bộ QPD .................... 58 Hình 2.16: Cấu trúc bộ dịch pha 45º và kết quả mô phỏng của đường vi dải. ......... 59 Hình 2.17: Cấu trúc của ma trận Butler 4×4 thiết kế và tham số S mô phỏng ......... 60 Hình 2.18: Kết quả các tham số truyền qua và độ lệch pha giữa các đầu ra ............ 61 Hình 2.19: Hình ảnh AĐKBS mảng pha được chế tạo và đo kiểm.......................... 62 Hình 2.20: Kết quả mô phỏng và đo bộ tham số S của AĐKBS đề xuất. ................ 62 Hình 2.21: Kết quả mô phỏng và đo giản đồ bức xạ của AĐKBS. .......................... 63 Hình 2.22: AĐKBS mảng pha sử dụng ma trận dịch pha Butler 8×8 ...................... 64 Hình 2.23: Cấu trúc của ma trận Butler 8×8 đã thiết kế và tham số S mô phỏng .... 65 Hình 2.24: Cấu trúc của bộ dịch pha lai 900 và cầu nối thu nhỏ kích thước ............ 66 Hình 2.25: Kết quả mô phỏng các tham số của bộ QPD .......................................... 66 Hình 2.26: Kết quả mô phỏng các tham số của bộ cầu nối chéo.............................. 66 Hình 2.27: Kết quả mô phỏng độ lệch của các bộ dịch pha 22,5; 45 và 67,5 ..... 67 Hình 2.28: Anten điều khiển búp sóng mảng pha sử dụng ma trận Butler 8×8 ....... 67 Hình 2.29: Kết quả mô phỏng và đo tham số S của AĐKBS đề xuất. ..................... 68 Hình 2.30: Kết quả mô phỏng và đo giản đồ bức xạ của AĐKBS. .......................... 69 Hình 2.31: Hệ định vị ba trạm sử dụng mạng cảm biến không dây ......................... 70 Hình 2.32: Các loại nút cảm biến được sử dụng trong hệ thống định vị ba trạm .... 71 Hình 2.33: Hình ảnh hệ thống định vị triển khai tại sảnh tầng 4-C1-ĐHBK Hà Nội .................................................................................................................................. 72 Hình 2.34: Vùng khảo sát và lưới điểm chuẩn 9×9 .................................................. 72 Hình 2.35: Biểu đồ trình tự hoạt động của mạng cảm biến không dây .................... 72 Hình 2.36: Lưu đồ thuật toán bình phương tối thiểu (a) và thuật toán BGI (b) ....... 74 Hình 2.37: Hàm phân phối sai số của hệ thống định vị dựa trên phương pháp giao khoảng cách với các kịch bản và thuật toán khác nhau. ........................................... 74 Hình 2.38: Phương pháp giao góc dựa trên tham số RSSI lớn nhất......................... 75 Hình 2.39: Hàm phân phối sai số của hệ thống khi khảo sát các Delta khác nhau. . 75 Hình 2.40: Lưu đồ thuật toán ước lượng hướng sóng tới MUSIC ........................... 76 Hình 2.41: Lưu đồ thuật toán của phương pháp RSSI lớn nhất ............................... 77 Hình 2.42: Hàm phân phối sai số theo phương pháp giao góc dựa trên thuật toán RSSI lớn nhất, MUSIC và phương pháp giao khoảng cách BGI. ..................................... 78 Hình 2.43: Hình ảnh lưới điểm chuẩn và 10 điểm thử trong giai đoạn trực tuyến .. 78 Hình 2.44: Lưu đồ thuật toán dấu vân tay ................................................................ 79 Hình 3.1: Vùng phủ của một AĐKBS khi quét theo trục OX .................................. 84 Hình 3.2: Hình ảnh AĐKBS mảng pha dải quạt rộng .............................................. 85 x Hình 3.3: Kết quả mô phỏng và đo của AĐKBS đề xuất ......................................... 86 Hình 3.4: Kết quả mô phỏng và đo giản đồ bức xạ của AĐKBS ............................. 86 Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý của anten phân cực tròn TDAA đề xuất. ....................... 88 Hình 3.6: Sơ đồ tương đương của đường tiếp điện 1 vào và 4 ra. ........................... 90 Hình 3.7: Sơ đồ tổng thể mạng tiếp điện của anten TDAA ..................................... 90 Hình 3.8: Phân bố biên độ và pha của mạng khi không có 2 thanh chêm. .............. 92 Hình 3.9: Biên độ đầu ra trung bình thay đổi khi chiều dài và vị trí Stub2 thay đổi 92 Hình 3.10: Biên độ đầu ra trung bình thay đổi khi chiều dài và vị trí Stub1 thay đổi .................................................................................................................................. 92 Hình 3.11: Hình ảnh anten TDAA được chế tạo và hệ số S11 của TDAA .............. 93 Hình 3.12: So sánh kết quả đo và mô phỏng của anten TDAA. .............................. 94 Hình 3.13: Kết quả mô phỏng và đo giản đồ bức xạ và AR của TDAA tại 5,8 GHz .................................................................................................................................. 94 Hình 3.14: Cấu hình hệ định vị đơn trạm trong phòng ............................................ 96 Hình 3.15: Nguyên lý và hình ảnh chế tạo của AĐKBS chuyển búp phân cực tròn 96 Hình 3.16: Hệ số tổn hao do phản xạ, hệ số tương hỗ của các phần tử trong AĐKBS đề xuất và hình ảnh đo bằng máy phân tích vec-tơ. ................................................. 96 Hình 3.17: Hệ định vị đơn trạm sử dụng chuẩn IEEE 802.11.................................. 97 Hình 3.18: Vùng phủ tín hiệu vô tuyến theo trục OX và trục OY ........................... 98 Hình 3.19: Lưu đồ thuật toán định vị dựa trên WKNN............................................ 99 Hình 3.20: Hệ thống định vị sử dụng AoA ............................................................ 101 Hình 3.21: Lưu đồ thuật toán định vị dựa trên MUSIC ......................................... 101 Hình 3.22: Sai số định vị 2 chiều của hệ thống với 8 điểm thử với hai phương pháp ................................................................................................................................ 102 Hình 3.23: Kịch bản của hệ định vị tại C1-413 Đại học Bách Khoa Hà Nội......... 105 Hình 3.24: Lưới điểm chuẩn và vị trí các điểm thử. .............................................. 105 Hình 3.25: Ba trường hợp anten khác nhau được tích hợp cho đối tượng ............. 106 Hình 3.26: Mật độ RSS thu được khi đối tượng tích hợp anten khác nhau ........... 107 Hình 3.27: Mật độ RSS thu được ứng với công suất phát khác nhau .................... 108 Hình 3.28: Hình ảnh các tín hiệu đối tượng nhận được trong nhà ......................... 109 Hình 3.29: Sai số trung bình theo K điểm lân cận với cách tiếp cận tất định. ....... 111 Hình 3.30: Sai số trung bình theo K điểm lân cận với cách tiếp cận thống kê. ..... 111 Hình 3.31: Sai số trung bình theo K điểm lân cận với cách tiếp cận tất định. ....... 113 Hình 3.32: Sai số trung bình theo K điểm lân cận với cách tiếp cận thống kê. ..... 114 Hình 3.33: Các trường hợp thực nghiệm phương pháp dấu vân tay sử dụng ANN115 Hình 3.34: Mô hình mạng nơ-ron được sử dụng trong trường hợp 1 .................... 115 Hình 3.35: Mô hình mạng nơ-ron được sử dụng trong trường hợp 2 .................... 116 xi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Tổng hợp các hệ thống định vị vô tuyến sử dụng AĐKBS ..................... 15 Bảng 1.2: So sánh ba phương pháp và những đặc điểm của chúng trong hệ thống định vị được khảo sát từ năm 2012 đến năm 2017 ........................................................... 38 Bảng 2.1: Các tham số kích thước của anten LC-ĐaH ............................................ 51 Bảng 2.2: Các tham số kích thước của anten LC-ĐiH; đơn vị mm ......................... 53 Bảng 2.3: Các tham số của anten LC- DâX tại 2,45GHz; đơn vị mm ..................... 54 Bảng 2.4: Các tham số của anten LC-DâX tại 5GHz; đơn vị mm ........................... 55 Bảng 2.5: Băng thông và hệ số tăng ích của anten LC-DâX khi thay đổi số lượng chấn tử dẫn xạ (n) tại tần số trung tâm 5GHz ................................................................... 55 Bảng 2.6: Kết quả mô phỏng độ lệch pha giữa các đầu ra của Butler 4×4 .............. 60 Bảng 2.7: So sánh với các công bố khác có liên quan ............................................. 64 Bảng 2.8: Theo nguyên lý độ lệch pha giữa các đầu ra của Butler 8x8 ................... 65 Bảng 2.9: So sánh với các công bố khác trên thế giới.............................................. 69 Bảng 2.10: Các kịch bản của hệ thống định vị dựa trên chuẩn IEEE 802.15.4 ....... 71 Bảng 2.11: Sai số định vị của các phương pháp và thuật toán khác nhau; đơn vị m 80 Bảng 2.12: So sánh với các công bố có liên quan trên thế giới................................ 80 Bảng 3.1: Giản đồ bức xạ của AĐKBS mảng pha dải quạt rộng ............................. 87 Bảng 3.2: So sánh với AĐKBS mảng pha đã đề xuất ở chương 2 ........................... 87 Bảng 3.3: Các tham số của mạng tiếp điện .............................................................. 93 Bảng 3.4: Các công bố nghiên cứu anten phân cực tròn dựa trên kỹ thuật SR ........ 94 Bảng 3.5: Kết quả định vị của hai phương pháp AoA và dấu vân tay ................... 102 Bảng 3.6: So sánh với các công bố có liên quan .................................................... 103 Bảng 3.7: Kết quả định vị của hai phương pháp AoA và dấu vân tay ................... 104 Bảng 3.8: Sai số trung bình của hệ thống trong các trường hợp của Kịch bản 1. .. 112 Bảng 3.9: Sai số định vị khi khảo sát mạng ANN trong trường hợp 1 .................. 115 Bảng 3.10: Sai số định vị khi khảo sát mạng ANN trong trường hợp 2 ................ 116 Bảng 3.11: Sai số định vị trong trường hợp sử dụng ANN .................................... 116 Bảng 3.12: Sai số trung bình của hệ thống trong các trường hợp của kịch bản 2. . 117 Bảng 3.13: So sánh với các hệ thống định vị có liên quan ..................................... 118 xii MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Công nghệ không dây ngày càng phát triển và góp phần làm tăng hiệu quả công việc trong hầu hết các lĩnh vực: công nghiệp, nông nghiệp, y tế, an ninh, giao thông vận tải, viễn thông, giải trí và các dịch vụ khác trong nhà thông minh, thành phố thông minh giúp nâng cao chất lượng cuộc sống của con người. Thông tin về vị trí đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống kể trên. Bài toán này đang thu hút sự quan tâm của nhiều nhóm nghiên cứu và các công ty công nghệ trên thế giới với các ứng dụng tiềm năng như: định vị đồ vật trong văn phòng/siêu thị, hệ thống định vị và dẫn đường cho người/robot trong tòa nhà, kho bãi, phòng điều trị thông minh,… Các nhà nghiên cứu đang tập trung để giải quyết bài toán định vị trong nhà nhằm đạt được độ chính xác cao. Tuy nhiên, môi trường trong nhà là môi trường có nhiều vật cản như: trần, tường, sàn, vách ngăn, các trang thiết bị/người cố định hay di động,... nơi mà tín hiệu GPS bị suy giảm. Do đó hệ thống định vị vô tuyến trong nhà gặp nhiều thách thức cần được giải quyết. Một ứng dụng phổ biến của bài toán định vị dựa trên sóng vô tuyến trong môi trường trong nhà đó là xác định vị trí của các robot di chuyển hàng hóa, trang thiết bị trong nhà kho, xưởng, nhà máy hoặc dẫn đường trong bảo tàng, siêu thị, bệnh viện, trung tâm triển lãm, thư viện, khu liên hiệp thể thao,... Trong các hệ thống nói trên, hầu hết tất cả các nhiệm vụ mà robot thực hiện thường là những nhiệm vụ xuất phát từ các câu hỏi như: Tôi ở đâu ? Tôi đang đi đâu ? Tôi làm thế nào để đến được đó ? Như vậy, yêu cầu thông tin về vị trí robot là cần thiết phải xác định, từ đó có thể trả lời được các câu hỏi nói trên và dẫn đường cho robot thực hiện các công việc được giao [1-2]. Bệnh viện là một trong những môi trường mà ở đó ứng dụng định vị có thể được sử dụng để nâng cao hiệu quả của công tác quản lý như: xác định vị trí bệnh nhân để dẫn đường cho bệnh nhân đến các vị trí thăm khám, giám sát bệnh nhân nếu điều trị nội trú, định vị bác sỹ, y tá, trang thiết bị phục vụ để có những hỗ trợ kịp thời trong trường hợp khẩn cấp [3-4]. Tiếp theo là các trung tâm thương mại: việc cập nhật hàng hóa, phân loại, vị trí sản phẩm trong trung tâm thương mại hoặc xác định vị trí của khách hàng, từ đó phát thông tin quảng bá sản phẩm và chế độ ưu đãi phù hợp, dựa trên vị trí giữa khách hàng và sản phẩm hàng hóa được dự đoán được khách hàng quan tâm. Tương tự như vậy, việc xác định vị trí phòng, địa điểm cần đến trong các bảo tàng, thư viện, hoặc những tòa nhà rộng và không thân thuộc với những người lạ, người già, người có trí nhớ kém hoặc người khuyết tật (người khiếm thị, người câm, người khó khăn với việc đi lại) hay trẻ em, từ đó định hướng 1 dẫn đường để người dùng tìm tới đích với thời gian ngắn nhất sẽ mang lại sự thuận tiện và thoải mái cho người dùng. Ngoài ra, việc xác định vị trí các đồ vật trong nhà dễ thất lạc như: chìa khóa, kính hay vật nuôi trong nhà cũng được Nokia nghiên cứu từ những năm 2000 [5]. Với nhu cầu đó, hàng loạt các tập đoàn lớn như Apple, Google hay Microsoft, Fujitsu, Viện Công nghệ Thông tin và Truyền thông Quốc gia Nhật Bản (NICT),… hay các nhà nghiên cứu trên thế giới quan tâm, tham gia đầu tư nghiên cứu ứng dụng định vị trong nhà. Theo báo cáo nghiên cứu của IDTechEx, triển vọng của hệ thống định vị trong nhà dựa trên điện thoại di động và hệ thống định vị thời gian thực được áp dụng cho nhiều lĩnh vực từ năm 2014 tới năm 2024. Trong đó, y tế 61% và các ngành khác như công nghiệp, nông nghiệp, bán hàng, logistics, nhà tù, quân đội, hầm mỏ, giáo dục [6]. Theo dự báo của công ty nghiên cứu thị trường hàng đầu của Mỹ phát biểu trong giai đoạn 2017-2022 thị trường dịch vụ dựa trên vị trí trong lĩnh vực IoT sẽ phát triển vượt bậc. Những tập đoàn như: Cisco, Google , Alcatel-Lucent SA, AT & T, International Business Machines Corporation, Qualcom, Microsoft Corporation, Oracle Cor-poration, Apple và Bharti Airtel, LTD sẽ tham gia thị trường dịch vụ dựa trên vị trí. Tờ Briteyellow báo cáo mới ước tính rằng thị trường phần mềm định vị trong nhà có thể đạt mức tăng trưởng + 42% vào năm 2022. Theo Medium số lượng người sử dụng dùng thiết bị di động tích hợp hệ thống phục vụ dựa trên vị trí trong những năm 2013 là 123 tỉ người sử dụng và đã tăng lên 242 tỉ người sử dụng tính đến 2018 [7]. Từ những nhu cầu lớn của thị trường, các hệ thống định vị trong nhà được nghiên cứu và phát triển với nhiều công nghệ, kỹ thuật và phương pháp khác nhau. Tiêu biểu được biết đến như: sóng vô tuyến RF, camera, hồng ngoại, sóng âm và ánh sáng nhìn thấy (VSL-Visible light). Mỗi công nghệ này có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Tuy nhiên, sóng vô tuyến (Radio Frequency-RF) là công nghệ được nói tới đầu tiên trong các hệ thống định vị trong nhà do sự phổ biến của các thiết bị vô tuyến trong đời sống ngày nay. Các bộ thu-phát sóng vô tuyến được tích hợp trong hầu hết các trang thiết bị thông thường đặc biệt là trong các nhà thông minh, thành phố thông minh hay trong các khu vực công cộng, du lịch, trường học. Đặc điểm nổi bật của sóng vô tuyến là khả năng xuyên qua hầu hết các vật. Để minh chứng cho xu thế và nhu cầu định vị dựa trên công nghệ sóng vô tuyến, nhóm nghiên cứu với tác giả chính Christian Esposito trong [8] đã khảo sát: công nghệ sóng RF chiếm tỷ lệ lớn 66% (Wi-Fi 24%; Bluetooth 17%; Zigbee 8%; UHF 4%; RFID 7%; kết hợp 6%), công nghệ hồng ngoại 9%, công nghệ UWB 6%, GPS 4%, công nghệ ảnh 1%, công nghệ từ trường 1%. Cùng với sự phát triển về cơ sở hạ tầng hỗ trợ truyền thông không dây, 2 mọi nơi đều có sóng vô tuyến. Do vậy, vấn đề truyền thông không dây và vấn đề định vị dựa trên sóng vô tuyến có mối quan hệ ràng buộc hỗ trợ mật thiết với nhau [2]. Các công nghệ truyền thông không dây phổ biến hiện nay cho đại đa số các thiết bị điện tử cố định và di động gồm: Wi-Fi, Bluetooth, RFID, Zigbee, UWB. Trên cơ sở đó, các hệ thống định vị trong nhà dựa trên sóng vô tuyến được đề xuất và phát triển dựa trên cơ sở hạ tầng sẵn có [9-13]. Để nâng cao độ chính xác trong định vị, các hệ thống thường sử dụng kết hợp công nghệ RF với các công nghệ khác hoặc kết hợp với các cảm biến như: Con quay hồi chuyển, cảm biến từ, cảm biến bước chân, cảm biến gia tốc, cảm biến hướng, la bàn,… [14-15]. Tóm lại, định vị trong nhà nói chung và định vị trong nhà dựa trên sóng vô tuyến nói riêng luôn là bài toán đóng vai trò quan trọng và có ý nghĩa cho các hệ thống, ứng dụng trong đời sống. Vì vậy, luận án này tập trung vào nghiên cứu, xác định vị trí của đối tượng trong nhà sử dụng sóng vô tuyến có mặt ở khắp nơi trong môi trường sống hàng ngày như sóng Wi-Fi, Zigbee hoặc Bluetooth. 2. Những vấn đề còn tồn tại và hướng nghiên cứu của luận án Xuất phát từ nhu cầu thực tế của hệ thống định vị như đã trình bày ở trên, định vị đối tượng trong nhà dựa trên sóng vô tuyến đã được nghiên cứu triển khai từ những năm 1993 [16], phát triển mạnh vào giai đoạn từ 2010 đến 2015, và đến nay vẫn đang được các nhà nghiên cứu trên thế giới quan tâm. Các thách thức chung mà hầu hết các hệ thống định vị trong nhà đang gặp nhiều thách thức bao gồm: - Độ chính xác định vị, độ chính xác định vị thường được đánh giá là sai số định vị trên vùng không gian định vị. Độ ổn định của hệ thống. Giá thành hệ thống và tính phức tạp khi triển khai hệ thống. Thời gian đáp ứng của hệ thống. Mô hình hóa lan truyền sóng vô tuyến với môi trường trong nhà cũng như khả năng mở rộng vùng định vị. Trong đó, độ chính xác, giá thành và khả năng dễ triển khai hệ thống là những vấn đề được quan tâm hàng đầu, để đánh giá tính khả thi của giải pháp cho ứng dụng trong thực tế. Tại Việt Nam, các nghiên cứu về hệ thống định vị trong nhà đã được nghiên cứu từ những năm 2013 tới nay. Điển hình là nhóm nghiên cứu tại Viện MICA, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội kết hợp với các nhà nghiên cứu tại Cộng hòa Pháp, đã công bố các kết quả định vị trong nhà dựa trên sóng Wi-Fi sử dụng phương pháp dấu - 3 vân tay kết hợp với công nghệ nhận dảng ảnh từ Camera trong [17]. Ngoài hai công nghệ chính nói trên, việc triển khai sử dụng thêm cảm biến chuyển động, cảm biến đếm bước chân và thông số bản đồ tòa nhà ở [18] đã giúp nhóm nghiên cứu định vị với sai số trung bình là 1,59m trên cùng định vị hành lang không vật cản. Tuy nhiên ý tưởng chính của hệ là sử dụng kết hợp thêm các cảm biến góc quay, cảm biến vị trí, mô hình bản đồ, bước chân chứ không dựa trên việc thay đổi thiết kế phần cứng hay thuật toán. Nhóm nghiên cứu trường Đại học Công nghiệp công bố kết quả định vị trong nhà sử dụng phương pháp dấu vân tay sử dụng mô hình C-GMM [19]. Phương pháp định vị dấu vân tay dựa trên công nghệ Wi-Fi, tham số RSS vẫn là tư tưởng chung, nhưng có kết hợp thêm mô hình Gausian Mixture Model-GMM để giảm sai số định vị đang được nhóm nghiên cứu khoa Điện-Điện tử trường Đại học Công nghệ kết hợp với nhóm nghiên cứu khoa Điện-Điện tử trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội phát triển nghiên cứu [20]. Nhóm nghiên cứu tập trung chủ yếu đến đề xuất cải tiến thuật toán trong giai đoạn huấn luyện giúp cải thiện độ chính xác, tuy nhiên các kết quả nghiên cứu chỉ dừng lại ở mô phỏng mà chưa được tiến hành triển khai thực nghiệm nhiều để tăng độ tin cậy của phương pháp. Một điểm chung là các nghiên cứu nói trên đều sử dụng các bộ thu phát vô tuyến tích hợp sẵn anten đẳng hướng và sử dụng phương pháp dấu vân tay với yêu cầu phải có giai đoạn thu thập cơ sở dữ liệu trong giai đoạn ngoại tuyến. Đã triển khai và giải quyết bài toán định vị trong nhà từ năm 2014, nhóm nghiên cứu thuộc Viện Điện của trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tiến hành đo và đặc tính hóa suy hao trên kênh truyền tín hiệu RFID trong nhà ở dải tần UHF trong công bố về hệ thống định vị trong nhà sử dụng công nghệ RFID [21], trong đó cho thấy việc sử dụng anten phân cực tròn cho đầu đọc hoặc thẻ RFID giúp tăng chất lượng truyền nhận tín hiệu. Bên cạnh đó, việc đề xuất hệ thống định vị đa anten và phương pháp tam giác đạc đã được nhóm nghiên cứu triển khai sử dụng và cho kết quả khả thi [22]. Các nghiên cứu này cho thấy tiềm năng của việc triển khai một hệ thống định trong nhà dựa trên sóng vô tuyến sử dụng phương pháp dấu vân tay, phương pháp tam giác đạc với anten phù hợp trên nền tảng phần cứng có sẵn. Trên thế giới, hệ thống định vị trong nhà dựa trên sóng vô tuyến được phát triển từ thập niên 90 như hệ thống cảnh báo DALS dành cho các cai ngục trong nhà giam ở Cannada [16], dự án E911 định vị số thuê bao của Mỹ [23]. Đầu thế kỷ 20, các hệ thống định vị trong nhà được các nhà nghiên cứu trên thế giới quan tâm và phát triển. Các hệ thống liên tiếp ra đời như PinPoint 3D-iD, SPOT ON, LANDMARC, RADAR, Horus, Ekahau, AeroScout, Ubisence [24-32], các hệ thống chủ yếu dùng phương pháp dấu vân tay dựa trên các bộ truyền nhận không dây phổ biến trên thị trường hoặc thiết bị thiết kế riêng của hãng tích hợp anten đẳng hướng hoặc định hướng, sai số vị trí vào khoảng 1÷ 3m. Ưu điểm của các hệ thống này là dễ triển khai, 4 các trạm đóng vai trò như những điểm truy cập WiFi theo chuẩn IEEE 802.11 có tích hợp thêm chức năng định vị đối tượng nhằm định hướng, dẫn đường phục vụ cho một hệ thống lớn như: bệnh viện, sân bay, siêu thị, bảo tàng,... Các giải pháp để nâng cao độ chính xác cho hệ thống đã được sử dụng và công bố, có thể liệt kê như: Giải pháp tăng số trạm: điều này làm tăng giá thành hệ thống, cấu hình và tính toán phức tạp. - Giải pháp cải thiện các thuật toán xác định vị trí, dùng các thuật toán lọc dữ liệu như Kalman hay Practicle [33], [34] với khối lượng tính toán phức tạp cần áp dụng trên máy chủ có cấu hình cao. - Giải pháp kết hợp sóng vô tuyến với các cảm biến như con quay hồi chuyển, gia tốc, cảm biến từ, la bàn, cảm biến hướng để tăng thêm độ chính xác trong quá trình xác định vị trí đối tượng di động [33], [35-36]. - Sử dụng công nghệ UWB cho độ chính xác đạt tới cm, tuy nhiên vùng định vị hẹp đồng thời mạch thu phát công nghệ UWB giá thành rất cao [30], [32], [37] là các hạn chế của công nghệ này. Hiện nay, ý tưởng hệ thống định vị trong nhà sử dụng anten định hướng cao và có khả năng điều khiển búp sóng theo các hướng mong muốn trong các bộ thu phát tín hiệu vô tuyến giúp tăng độ chính xác ước lượng vị trí, giảm giá thành hệ thống đến mức phù hợp, tăng khoảng cách truyền tín hiệu vô tuyến, vượt qua chướng ngại vật, tăng tỷ số tín hiệu trên nhiễu giữa thu và phát. Đây là một giải pháp rất tiềm năng mà cộng đồng các nhà khoa học trên thế giới đã và đang tập trung nghiên cứu phát triển [38-47]. Anten điều khiển búp sóng (AĐKBS) thường được thiết kế dựa trên nguyên lý chuyển mạch búp sóng hoặc nguyên lý anten mảng pha đã và đang được các nhà nghiên cứu tập trung phát triển cho hệ thống định vị trong nhà bởi ưu điểm về độ chính xác và tính đơn giản của hệ thống mà nó mang lại. Để đáp ứng các thách thức cho hệ thống định vị trong nhà nói chung như: độ chính xác cao, thời gian định vị nhanh, cấu hình và việc xây dựng cơ sở dữ liệu đơn giản, vùng định vị rộng, dễ lắp đặt thay thế, triển khai được trên nền tảng cơ sở hạ tầng có sẵn do tính phổ dụng của các công nghệ không dây như Wi-Fi, Zigbee, Bluetooth được sử dụng phổ biến trong xu hướng nhà thông minh, thành phố thông minh. Luận án tập trung vào việc nghiên cứu và đề xuất các mô hình hệ thống định vị vô tuyến trong nhà, dựa trên các công nghệ không dây kể trên sử dụng AĐKBS tại các dải tần dùng chung ISM từ 2,4 ÷ 2,5 GHz và 5,17 ÷ 5,875 GHz theo các nội dung chính như sau: - Một là, nghiên cứu lựa chọn các mô hình hệ thống định vị vô tuyến trong nhà phù hợp. Tùy vào từng hệ thống cụ thể, phụ thuộc vào đặc điểm cơ sở hạ tầng của vùng định vị, diện tích vùng định vị, thời gian định vị, môi trường định vị để có lựa chọn cách 5 lắp đặt trạm, số trạm tích hợp AĐKBS, đặc trưng của AĐKBS phương pháp định vị, thuật toán định vị và cách triển khai phù hợp. Từ đó tiến hành thực nghiệm và đưa ra kết quả đánh giá phân tích lựa chọn thuật toán hợp lý cho các hệ thống định vị đề xuất. Hai là, nghiên cứu thiết kế các AĐKBS đạt được búp sóng hẹp theo phương quét, cải thiện hiệu suất, hệ số tăng ích, băng thông, đặc biệt dễ chế tạo và dễ tích hợp vào hệ thống. Với các yêu cầu trên AĐKBS mảng pha là lựa chọn thích hợp. Tuy nhiên, để đạt được búp sóng hẹp, số phần tử trong mảng phải đủ lớn dẫn đến sự phức tạp trong mảng cũng như trong thiết kế bộ dịch pha. Các công bố [48-53] anten phần tử tấm được sử dụng với ưu điểm đơn giản trong thiết kế, dễ chế tạo tuy nhiên búp sóng dạng bút, hiệu suất bức xạ thấp và thường tiếp điện kiểu cáp đồng trục do vậy ghép không đồng phẳng với mạch dịch pha làm giảm hiệu suất chung cho AĐKBS. Để cải thiện về hiệu suất bức xạ và băng thông AĐKBS điện tử sử dụng các anten phần tử đơn cực hoặc anten lưỡng cực dạng dây [38], [54-55], vấn đề gặp phải vẫn là cấu trúc AĐKBS không phẳng gây khó khăn khi tích hợp hệ thống đồng thời búp sóng của AĐKBS bức xạ ngang theo hai hướng ngược nhau của cùng một phương làm hệ thống định vị phải thêm một màn hấp thụ hoặc phản xạ điện từ trường khi chúng đặt gần tường hoặc vách ngăn nhằm tránh tín hiệu đa đường gây nên [44]. Luận án nghiên cứu đề xuất, anten phần tử mạch in từ đó thiết kế AĐKBS có búp sóng hẹp theo phương quét, dễ dàng tích hợp với bộ dịch pha, AĐKBS mảng pha có cấu trúc dễ tích hợp vào hệ thống, ngoài ra mang lại hệ số tăng ích cao, hiệu suất bức xạ cao, băng thông rộng giúp phù hợp cho các công nghệ hay các chuẩn vô tuyến hiện hành. Ba là, nghiên cứu phát triển AĐKBS phân cực tròn, cải thiện băng thông, hiệu suất bức xạ, hệ số tăng ích và chất lượng phân cực tròn giúp nâng cao hiệu năng của AĐKBS cho hệ định vị vô tuyến trong nhà khi đối tượng thay đổi hướng liên tục. Trong các hệ thống định vị đơn trạm, AĐKBS tích hợp trong hệ thường là AĐKBS chuyển búp. Các nghiên cứu [40], [54], [56-58] có chung đặc điểm chính: là các AĐKBS chuyển búp, các búp có thể quét 360 theo phương ngang, loại chuyển búp sử dụng anten đơn phân cực tuyến tính [54], [56-58] hay phân cực tròn [40], có hướng bức xạ ngang so với phần tử bức xạ do đó trong khi triển khai hệ thống định vị, các anten loại này phải được đặt nằm ngang với vùng định vị. Cấu hình lắp đặt này làm hệ thống bị ảnh hưởng nghiêm trọng khi có vật cản chắn ngang hoặc đi qua, đồng thời trạm gắn anten phải đặt giữa phòng gây bất tiện trong sử dụng hằng ngày và thu 6 tín hiệu của trạm bị hạn chế ở khu vực cao hoặc thấp hơn so với mặt phẳng đặt anten. Khắc phục nhược điểm này, hệ đơn trạm thường được gắn trên trần nhà mang lại ưu điểm như tiện lợi trong sử dụng và lắp đặt hệ thống, hạn chế hiện tượng đa đường. Các nghiên cứu [39], [41], [59-60] chủ yếu dựa trên anten phần tử tấm với băng thông hẹp, hiệu suất bức xạ thấp, hệ số tăng ích không cao, tuy nhiên anten phần tử có đặc tính phân cực tròn nên thu được chất lượng tín hiệu tốt [61]. Trong đó, [59-60] đề xuất AĐKBS phân cực tròn sáu búp độ rộng 50÷60 với kết cấu sắp xếp thành hình bán cầu, anten phân cực tròn trái và phải. Hệ số tăng ích của anten thấp từ 1,46 đến 1,87dBi, mặt khác đồ thị bức xạ của AĐKBS không bao quát hết 360. Trong công bố [52], L.Brás đề xuất AĐKBS chuyển búp Hive5 gồm năm phần tử anten tấm được thiết kế ở dải tần 2,43÷2,57GHz, anten tấm phần tử kết hợp đế bằng đồng làm tăng ích của anten lên tới 5,3÷5,7dBi, độ rộng búp sóng 69o÷72o với 6 phần tử có thể anten phần tử phân cực tròn trong dải 2,45÷2,56GHz. Luận án sẽ nghiên cứu đề xuất anten phần tử phân cực tròn có chất lượng cao về hiệu suất, băng thông cũng như hệ số tăng ích và chất lượng phân cực tròn, từ đó thiết kế AĐKBS chuyển mạch búp sóng phân cực tròn. Tiến hành các thử nghiệm để đánh giá hiệu quả của anten đề xuất. 3. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu: - Nghiên cứu và đề xuất mô hình hệ thống định vị vô tuyến trong nhà sử dụng AĐKBS nhằm nâng cao chất lượng định vị. - Nghiên cứu và đề xuất AĐKBS mảng pha có búp sóng hẹp (dạng dải quạt), dễ chế tạo, cải thiện các tham số như: hệ số tăng ích và hiệu suất, ứng dụng cho hệ thống định vị vô tuyến trong nhà. Nghiên cứu và đề xuất AĐKBS chuyển búp phân cực tròn cải thiện: hệ số tăng ích, hiệu suất, băng thông, chất lượng phân cực tròn, dễ chế tạo, ứng dụng cho hệ thống định vị vô tuyến trong nhà Đối tượng nghiên cứu: - Các hệ thống định vị vô tuyến trong nhà sử dụng AĐKBS. Áp dụng các phương pháp định vị dấu vân tay, giao góc và giao khoảng cách dựa trên tham số RSS và AoA. - Các cấu trúc anten lưỡng cực mạch in, dễ dàng thay đổi được độ rộng búp sóng, hiệu suất cao, băng thông rộng, dễ chế tạo. - 7