Advanced techniques and technologies for indoor mobile positioning
Techniques et technologies de localisation avancées pour terminaux mobiles dans les environnements indoor
Résumé
Knowing where a device or a person is in the environment becomes of major importance for applications providing services based on the position. The evolution of the technology and the advent of the GPS, lead to have a good estimate of the position of a mobile outside buildings. Even if GPS is dominating outdoor positioning, no technology flooded the indoor positioning market yet. Many WiFi networks are deployed inside buildings. Signal strength (RSS) information are present for the roaming inside the network. The RSS fingerprinting technique can determine the position of a mobile as long as a signal strength database (RSS coverage) is available.
Time based techniques are less constraining than fingerprinting. The forthcoming IEEE.802.15.4a standard is to have positioning capabilities. A study on the possible positioning techniques is necessary to achieve sub-centimeter accuracies. The narrow impulses emitted provide to the system the capability of separating the different multipath at reception. Multipath is the main phenomena impeding time based positioning technique.
Performances of positioning systems are often degraded by multi-path, measurement noises, etc. The Kalman filter and the particle filter are often used in estimation problems and can be limit the impact of the degradations. Sensor fusion is another approach to enhance performances. This is the next step to achieve a indoor globally positioning system. Novel architectures must be designed to make the technologies cooperate in order to annihilated the
weaknesses of each single technology and deliver the best position in every situation.
This work presents a novel approach for the WiFi indoor positioning by using mapping information while keeping a low complexity for the implementation on handheld devices. Then, UWB capabilities are explored and finally a reflection on sensor fusion is proposed.
Time based techniques are less constraining than fingerprinting. The forthcoming IEEE.802.15.4a standard is to have positioning capabilities. A study on the possible positioning techniques is necessary to achieve sub-centimeter accuracies. The narrow impulses emitted provide to the system the capability of separating the different multipath at reception. Multipath is the main phenomena impeding time based positioning technique.
Performances of positioning systems are often degraded by multi-path, measurement noises, etc. The Kalman filter and the particle filter are often used in estimation problems and can be limit the impact of the degradations. Sensor fusion is another approach to enhance performances. This is the next step to achieve a indoor globally positioning system. Novel architectures must be designed to make the technologies cooperate in order to annihilated the
weaknesses of each single technology and deliver the best position in every situation.
This work presents a novel approach for the WiFi indoor positioning by using mapping information while keeping a low complexity for the implementation on handheld devices. Then, UWB capabilities are explored and finally a reflection on sensor fusion is proposed.
Autant le GPS tend à s'imposer pour la localisation à l'extérieur des bâtiments, autant la situation est beaucoup plus ouverte pour la localisation à l'intérieur des bâtiments. De nombreux réseaux WiFi sont déployés dans les bâtiments. Ils diffusent des informations de puissance du signal permettant de remonter à la position d'un mobile. La technique du fingerprinting par puissance WiFi permet de localiser le mobile. Cependant, l'utilisation de cette technique de localisation requière une base de données correspondant à la couverture radio WiFi dans l'environnement.
L'utilisation d'une technique de localisation basée sur des mesures temporelles est moins contraignante que le fingerprinting. L'émission d'impulsions radio très brèves confère à la technologie 802.15.4a un fort pouvoir séparateur des multi-trajets. Le phénomène de multi-trajets est la principale contrainte au déploiement d'une technologie de localisation par mesures temporelles. La détection du premier trajet est très importante.
Des estimateurs comme le filtre de Kalman ou le filtre particulaire sont nécessaires pour limiter les effets des multi-trajets, des bruits de mesure, etc. Ces filtres peuvent aussi intégrer des informations de cartographie. Bien souvent, l'exploitation d'une seule technologie est insuffisante. La fusion d'informations de localisation est une étape supplémentaire pour améliorer la localisation. Des architectures de fusion robustes permettent de corriger les défauts de chacune des technologies pour conduire à un système plus robuste et plus précis en toutes circonstances.
Ce travail présente une approche innovante pour la localisation WiFi avec l'exploitation de cartographie dans l'estimateur tout en gardant une faible complexité suivant la plate-forme de déploiement visée. L'exploration des capacités de la localisation par ULB est proposée dans un second temps, avant d'aborder une réflexion sur les méthodes de fusion multi-capteurs.
L'utilisation d'une technique de localisation basée sur des mesures temporelles est moins contraignante que le fingerprinting. L'émission d'impulsions radio très brèves confère à la technologie 802.15.4a un fort pouvoir séparateur des multi-trajets. Le phénomène de multi-trajets est la principale contrainte au déploiement d'une technologie de localisation par mesures temporelles. La détection du premier trajet est très importante.
Des estimateurs comme le filtre de Kalman ou le filtre particulaire sont nécessaires pour limiter les effets des multi-trajets, des bruits de mesure, etc. Ces filtres peuvent aussi intégrer des informations de cartographie. Bien souvent, l'exploitation d'une seule technologie est insuffisante. La fusion d'informations de localisation est une étape supplémentaire pour améliorer la localisation. Des architectures de fusion robustes permettent de corriger les défauts de chacune des technologies pour conduire à un système plus robuste et plus précis en toutes circonstances.
Ce travail présente une approche innovante pour la localisation WiFi avec l'exploitation de cartographie dans l'estimateur tout en gardant une faible complexité suivant la plate-forme de déploiement visée. L'exploration des capacités de la localisation par ULB est proposée dans un second temps, avant d'aborder une réflexion sur les méthodes de fusion multi-capteurs.
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