Chromatic ultrasonic tracking system

Abstract

This dissertation describes the design and implementation of a new ultrasonic tracking system based on the chromatic processing technique, developed in the Centre for Intelligence Monitoring Systems (CIMS) University of Liverpool, which may be deployed in indoor environments such as offices and homes. The research shows how this chromatic technique can be transpose from the optical domain into the spatial whilst maintaining information embedded in the three chromatic values called Hue, Lightness and Saturation. The thesis also shows how the use of chromatic processing methodology may be deployed with a small number of remote sensing elements for entity location purposes taking account of the complex characteristics of the sources, detectors and the environment. This provides an insight into how these affect the quality of the information extracted and which is used to evaluate the basic performance through several experiments in different indoor environments. Chromatic Ultrasonic Tracking System (CUTS) can provide accurate, three-dimensional position information by extracting position coordinates (r, θ, z) from complex ultrasonic signals from several ultrasonic detectors. Its characteristics are well suited to the defining the location of an object. The use of the chromatic methodology provides a clearer indication of which cross correlation means yields the most meaningful and accurate results for particular embodiments of the system. The main objective is to create an ultrasonic tracking system which can locate in real time more than one tag transmitting simultaneously, without the use of RF signals. Τhe system is easy to install and the detector cluster is small enough to be sited conveniently on the ceiling of any room without the need of recalibration.

Η διατριβή περιγράφει τον σχεδιασμό και την εφαρμογή ενός νέου συστήματος παρακολούθησης υπερήχων βασισμένο στην τεχνική χρωματικής επεξεργασίας, που αναπτύχθηκε στο Κέντρο Συστημάτων Παρακολούθησης & Πληροφοριών (CIMS) του Πανεπιστημίου του Liverpool, το οποίο μπορεί να αναπτυχθεί σε εσωτερικά περιβάλλοντα όπως γραφεία και σπίτια. Η έρευνα δείχνει πώς αυτή η χρωματική τεχνική μπορεί να μεταφερθεί από τον οπτικό τομέα στο χώρο, διατηρώντας παράλληλα πληροφορίες ενσωματωμένες στις τρεις χρωματικές τιμές:Hue, Lightness και Saturation. Η διατριβή δείχνει επίσης πώς η χρήση της μεθοδολογίας χρωματικής επεξεργασίας μπορεί να αναπτυχθεί με έναν μικρό αριθμό στοιχείων τηλεπισκόπησης για σκοπούς εντοπισμού οντοτήτων, λαμβάνοντας υπόψη τα πολύπλοκα χαρακτηριστικά των πηγών, των ανιχνευτών και του περιβάλλοντος. Αυτό παρέχει μια εικόνα για το πώς αυτές επηρεάζουν την ποιότητα των πληροφοριών που εξάγονται και οι οποίες χρησιμοποιούνται για την αξιολόγηση της βασικής απόδοσης μέσω πολλών πειραμάτων σε διαφορετικά εσωτερικά περιβάλλοντα.Το Chromatic Ultrasonic Tracking System (CUTS) μπορεί να παρέχει ακριβείς, τρισδιάστατες πληροφορίες θέσης εξάγοντας συντεταγμένες θέσης (r, θ, z) από πολύπλοκα υπερηχητικά σήματα και πολλούς ανιχνευτές υπερήχων. Τα χαρακτηριστικά του είναι κατάλληλα για τον καθορισμό της θέσης ενός αντικειμένου. Η χρήση της χρωματικής μεθοδολογίας παρέχει μια σαφέστερη ένδειξη για το ποια μέσα διασταυρούμενης συσχέτισης αποδίδουν τα πιο ουσιαστικά και ακριβή αποτελέσματα για συγκεκριμένες υλοποιήσεις του συστήματος. Ο κύριος στόχος είναι η δημιουργία ενός συστήματος παρακολούθησης υπερήχων που μπορεί να εντοπίσει σε πραγματικό χρόνο περισσότερους από δυο πομπούς που εκπέμπουν ταυτόχρονα, χωρίς τη χρήση σημάτων RF. Το σύστημα είναι εύκολο στην εγκατάσταση και οι ανιχνευτές αρκετά μικροί ώστε να εγκαθίστανται διακριτικά στο χώρο χωρίς να χρειάζονται επαναβαθμονόμηση.