An indoor positioning system based on global positioning system: design, implementation and analysis

Abstract

Sivil Küresel Konumlandırma Sistemi (GPS) son zamanlarda popülerleşip, trafik yönetimi, tıbbi ilk yardım servisleri ve kişisel konumlandırma gibi geniş kullanım alanları bulmuştur. Son teknolojik gelişmelerle beraber GPS alıcıları dış mekanlarda 5 metre hatayla konumlandırma yapabilir hale gelmiştir. Her ne kadar GPSalıcıları dış mekanlarda çok başarılı sonuçlar verse de, iç mekanlarda aynı performansı sergileyemezler. Kapalı mekanlarda uydulardan gelen sinyallerin güçleri, duvarlar ve binalar yüzünden düşer ve GPS alıcıları, bu düşük güçteki sinyalleri çözümleyemezler. Bu tezde, bu problemi çözmek için, GPS kapsama alanını içmekanlara genişleten bir kapalı alan konumlandırma sistemi geliştirildi. Önerilen sistem tekrarlayıcılardan ve gelişmiş konumlandırma algoritmalarından oluşmaktadır. Sistemin analizini yapabilmek için yönlü antenler, yüksek frekans yükselticileri tasarlanıp ölçülmüştür. Konumlandırma algoritmaları tasarlanıp, gerçeklenmiştir. Bütün sistem bir araya getirilip sistemin analizi gerçek zamanlı GPS sinyalleri ile yapılmıstır. Deney sonuçları gösteriyor ki, önerilen sistem iç alanda konum bulmak için kullanılabilinir. İç mekanlarda konum hesabı ihtiyacı duyulan binalarda donanım eki yapılarak ve kullanılan standart GPS alıcılarına yazılım eklentisi yapılarak GPSkapsama alanı genişletilebilinir.

Civil Global Positioning System (GPS) has become very popular in recent years and it has widespread use in many areas such as trafic management, medical emergency services and location finding in wireless handsets. Owing to the latest technological advances, GPS receivers are able to locate themselves with an error of 5 meters outdoors. Although GPS positioning is very successful in outdoor areas, it is hard to decode GPS signals indoors due to the additional signal loss caused by the buildings and walls. In this thesis, in order to solve indoor coverage problem, an indoor positioning system based on GPS infrastructure is proposed, designed and analyzed. Designed indoor positioning system consists of GPS repeaters and a GPS receiver with improved positioning algorithms. In order to analyze the proposed indoor positioning system, directional GPS antenna, GPS repeater with ampliers is designed,manufactured and measured. Positioning algorithms are implemented and operated real time on live GPS data. All the system components are integrated and positioning is obtained for evaluation of the system performance. Results of the experiments show that the proposed system can be used for indoor positioning thus continuation of the GPS service can be expanded to indoors with a hardware addition tothe buildings and a software update to the standard GPS receivers where indoor coverage is needed.