MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Thông tin về vị trí của một đối tượng đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống
kể trên. Luận án tập trung nghiên cứu xác định vị trí của đối tượng trong môi
trường trong nhà, đôi khi được định nghĩa là môi trường hẹp có nhiều ràng buộc,
nhiều vật cản. Các môi trường điển hình như trong một ngôi nhà, tòa nhà, kho
hàng, trung tâm thương mại, bảo tàng,…trong môi trường đó, công nghệ định vị
toàn cầu như GPS khó thực hiện do sai số cao. Trong các hệ thống đó, 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. Hệ thống định vị áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau nổi bật nhất là: y
tế, kinh doanh, giải trí và các lĩnh vực khác. 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 là hệ định vị vô tuyến
sử dụng anten điều khiển búp sóng (AĐKBS) mang lại độ chính xác cao cho hệ
thống định vị vô tuyến, bên cạnh đó làm giảm số lượng trạm, giảm độ phức tạp
cho hệ thống định vị vô tuyến trong nhà, từ đó giảm giá thành của hệ thống.
Những vấn đề còn tồn tại và hướng nghiên cứu của luận án
Việc xây dựng hệ thống định vị vô tuyến còn gặp nhiều thách thức về việc: giảm
độ phức tạp, giảm số lượng trạm, tăng độ ổn định và độ chính xác cho hệ thống.
Giải pháp 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:
- Nghiên cứu lựa chọn các mô hình hệ thống định vị vô tuyến trong nhà phù hợp.
- 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.
- Nghiên cứu phát triển AĐKBS phân cực tròn, cải thiện băng thông, hiệu suất

Những đóng góp chính của luận án
Những đóng góp khoa học của luận án gồm:
1. Đề xuất các AĐKBS
- AĐKBS mảng pha có búp sóng dải quạt hẹp bốn búp tại tần số 2,45GHz và
tám búp tại tần số 5GHz.
- AĐKBS mảng pha có búp sóng dải quạt rộng bốn búp tại tần số 2,45GHz.
- Đề xuất AĐKBS chuyển búp phân cực tròn tại tần số 5,8GHz
2. Đề xuất các hệ thống định vị:
- Hệ thống định vị ba trạm dựa trên chuẩn IEEE 802.15.4, các trạm tích hợp
AĐKBS mảng pha có búp sóng dải quạt hẹp.
- Hệ thống định vị đơn trạm tích hợp AĐKBS mảng pha có búp sóng dải quạt
rộng hoặc tích hợp AĐKBS chuyển búp phân cực tròn.
Cấu trúc nội dung của luận án
Luận án bao gồm 3 chương, chương 1 trình bày tổng quan về hệ thống định vị
vô tuyến trong nhà sử dụng AĐKBS với chi tiết các cấu hình và kỹ thuật định vị.
Trong chương 2 của luận án, chi tiết về các thiết kế anten mạch in và AĐKBS
mảng pha búp sóng có dạng dải quạt hẹp phục vụ cho hệ thống định vị ba trạm
ứng dụng cho các không gian định vị rộng, được trình bày. Các phương pháp thiết
kế này đều có thể được sử dụng lại để thực hiện thiết kế anten tại các tần số quan
tâm khác. Tiếp theo, chương 3 đề xuất AĐKBS búp sóng dải quạt rộng và hệ
thống định vị đơn trạm sử dụng hai AĐKBS mảng pha búp sóng dải quạt rộng.
Để nâng chất lượng cho hệ định vị, áp dụng cho các đối tượng thay đổi hướng liên
tục, luận án đề xuất AĐKBS chuyển búp phân cực tròn và hệ thống định vị đơn
trạm sử dụng AĐKBS chuyển búp phân cực tròn. Phần cuối cùng của luận án là
kết luận và hướng phát triển của đề tài.

2


TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ VÔ TUYẾN TRONG

lang hay nhóm nghiên cứu M.Passafiume tại trường đại học Florence của Ý với
anten chuyển búp dựa trên anten tấm phân cực tròn đạt sai số 0,44m trên vùng
định vị 25m2. Tuy nhiên đặc điểm chung của các AĐKBS này cần phải đặt ở trung
tâm vùng định vị hay giữa phòng và vùng phủ ngang với vùng đối tượng dịch
chuyển, dẫn đến việc bố trí trạm gặp khó khăn. Mặt khác, hệ số tăng ích của chúng
thấp dẫn đến vùng định vị hẹp. Khắc phục nhược điểm của loại anten điều khiển
búp sóng này, các nhà nghiên cứu anten chuyển búp hình bán cầu có thể lắp đặt
trên trần nhà, phủ được 360 như: Hive5 của nhóm nghiên cứu trường đại học
Santiago ở Bồ Đào Nha đạt sai số 0,99m trên vùng 28m2 với cấu hình đơn trạm;
nhóm của S.Maddio đạt sai số tới 0,63m trên vùng định vị 9,88m2 với cấu hình
bốn trạm.
3


Kết luận
Từ những tìm hiểu tổng quan về các hệ thống định vị tiêu biểu như đã trình bày
ở trên, nhận thấy xu thế các nhà nghiên cứu đang tập trung phát triển AĐKBS cho
hệ thống định vị vô tuyến trong nhà, giúp nâng cao chất lượng hệ thống định vị
về các yếu tố: sai số, vùng định vị, số lượng trạm. Dựa vào đó luận án cũng tiến
hành nghiên cứu, phát triển, đưa ra những đề xuất, thiết kế AĐKBS áp dụng cho
các mô hình hệ thống định vị vô tuyến trong nhà giúp nâng cao chất lượng hệ định
vị, góp phần triển khai hệ thống định vị vô tuyến khả thi ở Việt Nam.
1.2 Các cấu hình định vị
Hệ định vị thường có 2 cấu hình chính gồm hệ tự định vị và hệ định vị từ xa,
tùy vào từng ứng dụng, yêu cầu cụ thể mà hệ thống sẽ được lắp đặt và hoạt động
với cấu hình khác nhau.
1.3 Sơ đồ khối chức năng của hệ thống định vị
Một hệ thống định vị sử dụng sóng vô tuyến sẽ bao gồm các phần tử phần cứng
và thuật toán ước lượng vị trí đối tượng. Theo luồng xử lý thông tin, hệ thống có
thể được mô tả dưới dạng sơ đồ khối chức năng chính như sau:

hướng, anten mảng hoặc AĐKBS. Ước lượng hướng góc tới trong trường hợp
một cổng nhận, tính toán không quá phức tạp và mang lại hiệu quả cao trong ước
lượng vị trí đối tượng cho bài toán định vị. Với định vị hai chiều chỉ cần hai trạm,
để tăng độ chính xác cho tìm hướng góc tới, hệ thống cần trang bị các loại anten
có giản đồ bức xạ định hướng hoặc những anten mảng điều hướng. Búp sóng càng
hẹp việc ước lượng hướng sóng tới càng chính xác giúp nâng cao chất lượng định
vị.
1.4.2 Phương pháp định vị
Phương pháp định vị thường chia làm 3 phương pháp chính: giao khoảng cách,
giao góc và dấu vân tay. Trong đó, dấu vân tay là phương pháp có độ chính xác
cao nhất, tuy nhiên ở phương pháp này yêu cầu thu thập cơ sở dữ liệu (CSDL).
Phương pháp giao khoảng cách và giao góc dựa trên tham số khoảng cách và góc
để ước lượng vị trí, không cần CSDL từ trước. Do đó có thể thực hiện trong hệ
định vị thời gian thực, tuy nhiên độ chính xác bị hạn chế. Trong luận án, sử dụng
các phương pháp trên khi tiến hành thử nghiệm hệ thống định vị tích hợp AĐKBS.
1.5 Anten và anten điều khiển búp sóng trong hệ thống định vị vô
tuyến
1.5.1 Anten và anten mảng
Anten là một thiết bị dùng để bức xạ sóng điện từ hoặc thu nhận sóng từ không
gian bên ngoài. Anten là bộ phận quan trọng không thể thiếu của bất kỳ hệ thống
vô tuyến điện nào, anten được sử dụng với các mục đích khác nhau sẽ có những
đặc tính khác nhau.
5


Anten mảng được tạo bởi gồm các phần tử anten, chúng sắp xếp thích hợp trong
một không gian để tạo ra giản đồ bức xạ với đặc tính mong muốn. Các đặc tính
mong muốn đó có thể đạt được bởi các yếu tố sau:
- Biên độ và pha của nguồn tiếp điện cho mỗi phần tử.
- Giản đồ bức xạ của mỗi phần tử.

n=1

N: số phần tử; θ: góc quay của búp sóng chính; k = 2π/λ hằng số sóng
d: khoảng cách giữa các phần tử
 : góc lệch pha giữa các phần tử trong mảng
ψ: góc lệch pha giữa các phần tử xét trên mặt phẳng sóng
Tổng quát: Trường tổng = [Trường của một phần tử] × [Hệ số mảng]
Giản đồ bức xạ của anten mảng quét búp sóng phụ thuộc vào: giản đồ bức xạ
của anten phần tử, số phần tử và hệ số mảng. Trong đó, hệ số mảng phụ thuộc vào
các trọng số biên, pha và khoảng cách giữa các phần tử trong mảng, những tham
số này quyết định góc quay của búp sóng chính, độ định hướng, hệ số tăng ích,
búp sóng phụ và độ rộng búp sóng.
1.5.2 Anten điều khiển búp sóng trong hệ thống định vị vô tuyến
Khái niệm chung: Anten điều khiển búp sóng là anten mảng có khả năng quay
búp sóng theo các hướng khác nhau trong không gian. AĐKBS có thể dùng
phương pháp cơ, điện tử hoặc cơ-điện tử. AĐKBS điện tử được chia làm hai loại:
AĐKBS kiểu tương tự và AĐKBS số. Trong luận án muốn quan tâm và đề cập
đến AĐKBS kiểu tương tự. Có một số phương pháp phân loại khác nhau tuy nhiên
đại đa số thì AĐKBS tương tự được chia làm hai nhóm: AĐKBS chuyển búp và
AĐKBS mảng pha.
AĐKBS mảng pha: là AĐKBS bao gồm bộ dịch pha giúp quay búp sóng theo
những hướng mong muốn, do vậy chúng có phần cứng phức tạp hơn. Việc điều
chỉnh pha của các nguồn kích thích cho các phần tử anten trong mảng có thể điều
chỉnh búp sóng chính đến hướng mong muốn.
AĐKBS chuyển búp: là AĐKBS gồm nhiều anten phần tử được gắn với phần
tử chuyển mạch và bộ chia nguồn/bộ phối hợp. Hướng bức xạ của AĐKBS là
hướng bức xạ của anten phần tử được tích cực, các anten phần tử khác không tham
gia vào quá trình bức xạ.
Nội dung chính của luận án nhằm cải thiện các AĐKBS mảng pha về: cấu trúc
phẳng dễ tích hợp, búp sóng hẹp theo phương quét, hệ số tăng ích và hiệu suất.

balun được mô tả như hình 2.3. Các tham số thiết kế được trình bày chi tiết trong
bảng 2.1. Các kết quả mô phỏng và đo tham số S11 và giản đồ bức xạ thể hiện
trong hình 2.4. Hình ảnh anten được chế tạo trong hình 2.5 dựa trên chất nền
RO4003C.

Hình 2.3: Cấu trúc của anten LC-ĐaH và sơ đồ tương đương của balun.
Bảng 2.1: Các tham số kích thước của anten LC-ĐaH
Cánh bức xạ (mm)
Balun (mm)
Lb
Wb
Wsg
Lf1
Lf2
Ws
L
W
g
21.56
4.01
1.5
23 4.01
7
9.5
23
4.01
7


Hình 2.4: Hệ số S11 mô phỏng, đo và giản đồ bức xạ của anten LC-ĐaH

8


Hình 2.7: Hệ số S11 mô phỏng, đo và giản đồ bức xạ của anten LC-ĐiH
3. Anten lưỡng cực mạch in sử dụng chấn tử dẫn xạ (LC-DâX)

Với cánh bức xạ chủ động đảm bảo tính chất nửa bước sóng, đồng thời giảm
kích thước theo chiều ngang của anten, cánh bức xạ được thiết kế uốn cong. Bên
cạnh đó còn giúp tăng độ định hướng theo phương trực giao với cánh bức xạ. Để
tăng thêm độ định hướng, các chấn tử dẫn xạ được thêm vào phía trước song song
với cánh bức xạ như hình 2.8 tạo thành anten lưỡng cực mạch in dẫn xạ (LCDâX). Anten LC-DâX được tối ưu với các tham số trong bảng 2.3; bảng 2.4; bảng
2.5 tại các tần số 2,45GHz và 5GHz. Kết quả mô phỏng và đo các hệ số S11 và
giản đồ bức xạ của anten thể hiện trong các hình 2.9; hình 2.10 và hình 2.11

Hình 2.8: Hình ảnh nguyên lý và chế tạo của anten LC- DâX
Hệ số tăng ích bị đánh đổi bởi kích thước của anten, với LC- DâX có hai chấn
tử dẫn xạ nhận được tăng ích là 7,37 dBi tại 2,45GHz và 7,64 dBi tại 5GHz.
Bảng 2.3: Các tham số của anten LC- DâX tại 2,45GHz đơn vị mm
Cánh bức xạ
Tham số
Giá trị
Larm
23,3
Warm
4,2
Ls
23
g
0,7
hsub

14 (0,15g)
y2
14 (0,15g)

9


Hình 2.9: Hệ số S11 và giản đồ bức xạ của anten LC- DâX tại dải tần 2,45GHz
Bảng 2.4: Các tham số của anten LC- DâX tại 5GHz đơn vị mm
Cánh bức xạ
Tham số
Giá trị
Larm
11,4
Warm
2,1
Ls
11,5
g
0,7

hsub

0,8

Lsub
Wsub

37
29

lượng chấn tử dẫn xạ (n) tại tần số trung tâm 5GHz
n

BW [MHz]

Tăng ích [dBi]

n

BW [MHz]

Tăng ích [dBi]

0
1
2

770
592
500

6,03
7,00
7,64

3
4
5

450


(2.8)

(2.9)

2. Mạch dịch pha sử dụng ma trận Butler 4×4 tại tần số 2,45GHz

Hình 2.13: AĐKBS mảng pha sử dụng ma trận Butler với N = 4
Bộ chia đôi nguồn vuông pha QPD:
Bộ QPD hay còn gọi bộ hỗn hợp có chức năng chia đôi nguồn và tín hiệu đầu
ra lệch pha nhau một góc 90 (hybrid 90- 3dB) thực hiện chức năng chia đôi công
suất đầu vào và pha của tín hiệu ở đầu ra lệch nhau 90. Các tham số về chiều dài
và trở kháng được thiết kế như hình 2.14.a.

11


Hình 2.14: Cấu trúc của bộ QPD và cầu nối chéo
Kết quả mô phỏng các tham số của mạch QPD tại tần số trung tâm 2,45 GHz
được thể hiện trong hình 2.15.a, nhận thấy các tham số S11, S22 nhỏ và các tham
số S31, S41 lớn phản ánh đường truyền hiệu suất cao từ các cổng 1, 2 ra cổng 3,
4. Kết quả tham số S12 hay S21 phản ánh sự cách ly giữa 2 cổng vào, kết quả độ
lệch pha giữa hai đầu ra của QPD bằng 90,2.

Hình 2.15: Các tham số S và độ lệch pha giữa 2 cổng ra của bộ QPD
Cầu nối chéo (Cossover):
Hình 2.14.b là cấu trúc của cầu nối chéo, đặc điểm của cầu này là truyền tín
hiệu theo đường chéo: tín hiệu từ cổng 1 truyền sang cổng 4, tín hiệu từ cổng 2
truyền sang cổng 3. Cầu nối chéo có đặc điểm độ lệch pha giữa vào và ra bằng 0.
Hình 2.15.b thể hiện các tham số S và pha của cầu nối chéo.

Hình 2.20: Kết quả mô phỏng và đo bộ tham số S của AĐKBS đề xuất.

Hình 2.21: Kết quả mô phỏng và đo giản đồ bức xạ của AĐKBS.
Nhận xét :
- Ưu điểm nổi bật là độ rộng búp sóng phương xoy hẹp từ 21,5º ÷ 24,5º.
- Độ tăng ích 9,13 dBi ÷ 9,8 dBi
- Góc quay -36º, -12º, +12º, +37º
- Độ rộng búp sóng theo phương yoz: 60º ÷100º
- Hiệu suất bức xạ lớn hơn 80 %; Băng thông rộng 400MHz (16,3 %)
- Kích thước vẫn còn lớn 220mm×260mm
2. AĐKBS sử dụng LC-DâX tại dải tần 5GHz
Dưới đây là các hình ảnh AĐKBS chế tạo và đo dựa trên mạch dịch pha
Butler 8x8:

Mặt trên
Mặt dưới
Hình ảnh đo AĐKBS
Hình 2.28: AĐKBS mảng pha sử dụng ma trận Butler 8×8
14


Kết quả đo các tham số S của AĐKBS được mô tả trong hình 2.29 cho thấy
AĐKBS đạt băng thông rộng 13,2% với tần số trung tâm là 5GHz. Kết quả đo
giản đồ bức xạ của AĐKBS được thể hiện trên hình 2.30 với độ rộng búp sóng
theo phương xoy xấp xỉ 12, tám búp của anten ứng với các góc quét lần lượt là
-52, -37, -20, -8, +9, +25, +40 và +56. Hệ số tăng ích lớn nhất của AĐKBS
ứng với các búp đạt: 7,8 ÷ 11dBi. So sánh với các công trình nghiên cứu khác trên
thế giới, nổi trội nhất của AĐKBS đề xuất có búp sóng hình dải quạt hẹp theo
phương xoy ~12, theo chiều yoz thì độ rộng búp sóng đạt 50÷120. Trong khi
đó hệ số tăng ích và kích thước của AĐKBS vẫn được đảm bảo.


Kịch -MRF24J40MA
bản 1 -Anten đẳng hướng

-MRF24J40MA
-Anten đẳng hướng
-C-MSP430

-C-MSP430

Kịch -MRF24J40MA
bản 2 -Anten đẳng hướng

-MRF24J40MA
-Anten điều khiển búp
sóng

2.3.2 Thử nghiệm các phương pháp định vị
1. Phương pháp giao khoảng cách
Tìm khoảng cách d tính được, ứng với mỗi khoảng cách vẽ nên đường tròn có
phương trình dưới đây:
d  d0  10


 P


 d -Pd0 -X   /10n



cách
BGI
1,64
0,245
3,36
RSSImax
1,07
0.04
3,46
Giao góc
MUSIC
2,57
0.20
11,2
Dấu vân tay
WKNN
0,75
0,11
1,9
2.4. Kết luận chương 2
Trong chương này, luận án đã trình bày những đề xuất anten phần tử lưỡng cực
với đặc điểm giản đồ bức xạ điều chỉnh được dựa vào cấu trúc của chúng: LCĐaH, LC-ĐiH và LC-DâX từ đó làm cơ sở thiết kế AĐKBS mảng pha có búp
sóng hình dải quạt hẹp tại tần số 2,45GHz và 5 GHz ứng dụng cho Wi-Fi thế hệ
mới. Dựa trên AĐKBS đề xuất, luận án đã tiến hành thử nghiệm hệ định vị ba
trạm dựa trên chuẩn IEEE 802.15.4. Luận án đã sử dụng các phương pháp và thuật
toán định vị khác nhau để kiểm chứng hệ thống, mang lại kết quả có nhiều triển
vọng: sai số định vị không cần giai đoạn ngoại tuyến là 1,07m; sai số phương pháp
dấu vân tay 0,75m trên diện tích vùng định vị 32 m2. Với hệ thống ba trạm đề
xuất, căn cứ vào hệ số tăng ích của AĐKBS, căn cứ vào RSSI khảo sát trong môi
trường trong nhà, nền nhiễu, phương trình truyền sóng và dự trù khi đối tượng sử

Hình 3.3: Kết quả mô phỏng và đo của AĐKBS đề xuất

Hình 3.4: Kết quả đo và mô phỏng giản đồ bức xạ của AĐKBS
Hình 3.3.b là kết quả thể hiện hệ số tăng ích, hệ số định hướng và hiệu suất bức
xạ tổng của anten điều hướng trong dải tần hoạt động của anten. Trong đó, hệ số
tăng ích đạt từ 7,17 ÷ 8,64 dBi trong toàn bộ dải tần. Khi chọn từng cổng đầu vào
18


sẽ nhận được một búp sóng chính có hướng xác định như hình 3.4. Các búp sóng
chính có vị trí lần lượt là ± 12, 37 và -36. Độ rộng búp sóng theo phương yoz
rộng từ 200 đến 240, như vậy khi anten điều khiển búp sóng phủ một vùng rộng
theo phương yoz.
3.3 Giải pháp thiết kế anten điều khiển búp sóng chuyển búp phân
cực tròn
3.3.1 Anten phân cực tròn sử dụng kỹ thuật quay tuần tự
Anten phân cực tròn đề xuất có tên là TDAA được chế tạo dựa trên nguyên lý
quay tuần tự về vật lý và về pha giữa các phần tử trong mảng, chúng xếp thành
vòng tròn lệch nhau 90 về góc vật lý và pha. TDAA được chế tạo trên chất nền
RO4003C thể hiện trên hình 3.11. Kết quả mô tả trên hình 3.11 cho thấy hệ số
phản xạ có sự tương đồng giữa kết quả đo và mô phỏng. Anten hoạt động trong
dải tần rộng từ 4,6 đến 6,7 GHz (36,2% và dải tần số đạt 3dB AR là 1,3 GHz (từ
5,4 đến 6,7 GHz (22,4%)).

Hình 3.11: Hình ảnh anten TDAA được chế tạo và hệ số S11 của TDAA
Tỷ số phân cực AR, hệ số tăng ích, độ định hướng và hiệu suất của TDAA được
mô tả trên hình 3.12. Hệ số tăng ích của anten thay đổi từ 7,6 dBi tới 9,8 dBi trong
cả dải tần số 4,3÷7,1 GHz. Kết quả đo và mô phỏng đồ thị bức xạ tại tần số 5,8
GHz theo mặt phẳng xoz và yoz được trình bày trên hình 3.13.


Thuật toán K điểm hàng xóm gần nhất có trọng số (WKNN) được sử dụng để tính
toán vị trí đối tượng trong trường hợp này.
2. Phương pháp ước lượng hướng sóng tới dựa trên thuật toán MUSIC

20


Hình 3.17: Hệ thống định vị đơn trạm sử dụng chuẩn IEEE 802.11
3.4.3 Kết luận và đánh giá hệ thống
Bảng 3.5: Kết quả định vị của hai phương pháp AoA và dấu vân tay
Điểm
thử
1
2
3
4
5
6
7
8

Ước lượng AoA
Dấu vân tay
Tọa độ thực Tọa độ ước lượng Sai số Tọa độ ước lượng Sai số
(xr, yr)
(m)
(m)
(𝑥̂, 𝑦̂)
(𝑥̂, 𝑦̂)
(-1,25 ; -1,25) (-1.273 ; -0.69)

0,952
0,526

Trong bảng 3.5 đã trình bày kết quả xác định vị trí của tám điểm theo hai
phương pháp đề cập ở trên. Với phương pháp sử dụng DoA trong định vị hai
chiều, sai số định vị trung bình là 0,952m. Phương pháp dấu vân tay sai số trung
bình là 0,562m.
Trong mục này, luận án đã đề xuất AĐKBS mảng pha búp sóng dải quạt rộng.
Từ đó tiến hành thực nghiệm hệ thống định vị đơn trạm mang lại kết quả khả quan
như đã trình bày ở trên và có những so sánh với các công bố khác trên thế giới.
Tuy nhiên, trong phương pháp AoA nhận thấy rằng sai lệch vị trí đối tượng theo
trục ngang vùng định vị là 0,2685 và trục dọc của vùng định vị là 0,7525 có sự
chênh lệch đáng kể. Như vậy, khi đối tượng thay đổi hướng hay thay đổi trạng
thái có khả năng gây ra những sai số lớn. Đó chính là lý do tại sao anten phần cực
tròn được sử dụng để cải thiện vấn đề này.

21


3.5 Thực nghiệm hệ thống đơn trạm tích hợp anten điều khiển búp
sóng chuyển búp phân cực tròn
3.5.1 Cấu hình hệ thống
Trình bày hệ thống định vị đơn trạm sử dụng AĐKBS chuyển búp phân cực
tròn. Kịch bản định vị trong nhà được xây dựng trong phòng C1-413 Đại học Bách
Khoa Hà Nội có kích thước 6×6,5×3,5 m3 như trên hình 3.23. Hệ thống sẽ thu
thập giá trị tham số RSS trên một lưới 14×13 (các hàng được đánh thứ tự từ A tới
P, các cột từ 1 tới 13) với 30 mẫu cho một trong bảy búp của AĐKBS, đối tượng
được đặt cách mặt sàn 1,2m.

Hình 3.23: Hệ định vị triển khai tại C1-413 ĐH BKHN và lưới điểm chuẩn

MSoS
nhất /K
Gama5

Đối tượng tích hợp các anten
TDAA
LC-ĐaH-N
LC-ĐaH-D
0,79/ K=35
0,72/ K=50
0,79/ K=35

1,16/K=5
1,18/ K =9
1,16/ K =9

0,72/ K =22
0,69/ K =19
0,72/ K =22

22


Thống kê

Sai số nhỏ
nhất /K

WKNN
MSoS

0,46/K=19
0,44/K=19
0,68/K=5
0,75/K=1

Sai số HL
Sai số thử
Sai số HL
Sai số thử

Công suất phát
5 dBm
0 dBm
-5 dBm

-10 dBm

0,79/K=35 0,38/K=12 0,444/K=16 0,484/K=25
0,72/K=50 0,35/K=12 0,435/K=23 0,514/K=25
0,79/K=35 0,37/K=12 0,438/K=16 0,501/K=25
1,14/ K=6 0,58/K=3 0,66/ K=5 0,61/K=3
1,2/ K=6 0,59/K=3 0,69/K=3
0,64/K=3
0,779
Huấn luyện 182 điểm, 25 điểm thử
0,733
0,788 Huấn luyện 91điểm, 91 điểm thử
0,862 Sai số HL: Sai số huấn luyện

Kết luận và đánh giá hệ thống

KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN ÁN
Trong luận án này, cơ sở khoa học và phát triển các hệ thống định vị vô tuyến
trong nhà AĐKBS lần lượt được trình bày. Trước tiên dựa vào các đặc điểm của
hệ thống định vị trong nhà được yêu cầu; từ đó đề xuất các AĐKBS tương ứng
giúp cải thiện chất lượng các hệ thống định vị đề xuất; Các AĐKBS mảng pha đề
xuất tuy đơn giản nhưng hiệu quả, đã đáp ứng được các tiêu chí đặt ra khi ứng
dụng cho hệ thống định vị trong nhà. Mặc dù số phần tử trong mảng không nhiều
chỉ bốn hoặc tám phần tử nhưng búp sóng nhỏ nổi bật so với các công bố khác
trên thế giới, đó là do sự khác biệt từ việc đề xuất anten phần tử trong mảng. Ngoài
ra AĐKBS chuyển búp phân cực tròn đề xuất cũng gồm nhiều đặc điểm nổi trội
về băng thông, hệ số tăng ích, hiệu suất và đặc biệt là chất lượng phân cực tròn
(phân cực tròn trong dải tần rộng, góc phân cực tròn rộng). Các hệ thống định vị
ba trạm và đơn trạm được thử nghiệm khi tích hợp AĐKBS trong hệ thống. Các
phương pháp và thuật toán định vị tiêu biểu được áp dụng trong thực nghiệm hệ
thống. Cuối cùng nhận được các kết quả định vị có thể so sánh với nhiều hệ thống
đã được công bố trên thế giới.
Những đóng góp của luận án:
1. Đề xuất anten điều khiển búp sóng
Các AĐKBS mảng pha búp sóng hình dải quạt với các tham số được cải thiện
như: hệ số tăng ích, hiệu suất, độ rộng búp sóng hẹp theo phương quét, cấu trúc
phẳng, dễ chế tạo và tích hợp trong các thiết bị vô tuyến, ngoài ra:
+ AĐKBS mảng pha dải quạt hẹp tại tần số 2,45GHz, 5GHz với góc mở dải
quạt 60 đến 100
+ AĐKBS mảng pha dải quạt rộng tại tần số 2,45GHz với góc mở dải quạt ~200
Đề xuất AĐKBS chuyển búp phân cực tròn tần số 5,8 GHz, có những đặc điểm
được cải thiện như hệ số tăng ích và hiệu suất, thêm vào đó là băng thông siêu
rộng, chất lượng phân cực tròn tốt, phủ được vùng 360.
2. Đề xuất các hệ thống định vị
Hệ thống định vị ba trạm dựa trên chuẩn IEEE 802.15.4, các trạm tích hợp
AĐKBS mảng pha có búp sóng dải quạt hẹp trên vùng định vị 32m2. Sai số trung