Elde taşınabilir bir gömülü sistem üzerinde kapalı alan konum tahmin yöntemlerinin gerçeklenmesi ve karşılaştırılması

Günümüzde küresel konum belirleme sistemleri (GNSS) kişi veya araçların konumunu çok yüksek doğrulukta tahmin edebilmektedir. Ancak bazı çevre koşullarının yarattığı problemlerden dolayı uydu sinyallerinin tam alınamaması veya tamamen kesilmesi gibi durumlarla karşılaşılmaktadır. Karşılaşılan bu problemleri çözmek için son zamanlarda kişisel navigasyon sistemleri (PNS) üzerine çalışmalar artmıştır. Kişisel navigasyon sistemleri, uzun mesafelerde konum hatalarının birikimli olarak artmasından dolayı GNSS gibi çok yüksek doğrulukta konum tahmini yapamadığı için ancak bu tür sistemler tamamlayıcı sistem olarak kullanılabilir. Kişisel konum tahmin araçları, dünyanın coğrafi özelliklerine ve koordinat sistemine bağlı kalmadan kendi üzerindeki algılayıcı biriminden topladığı veriler ile konum tahmini yapmaktadır. Bu algılayıcılar atalet ölçüm birimi (IMU) adı altında toplanmıştır ve genelde 3-eksen ivme ölçer, 3-eksen dönü ölçer ve 3-eksen manyetometreden oluşmaktadır. Mikro-elektro-mekanik-sistem (MEMS) teknolojisinin gelişmesiyle birlikte bu algılayıcılar mikrometre boyutlarına kadar küçültülmüş ve elektronik devreler ile entegrasyonu kolaylaşmıştır. Boyutlarının bu kadar küçük olmasıyla güç tüketimleri çok asgari düzeye çekilmiş ve maliyeti de azalmıştır. Bu çok önemli avantajların yanında birtakım dezavantajlar da bulunmaktadır. Bunlardan en önemlisi algılayıcının küçülmesiyle beraber ölçüm hatalarının ve elektriksel gürültülerinin de artmasıdır. Bu çalışmada hem günlük yaşamda kullanılması kolay hem de algılayıcıların hatalı ölçümlerini ve elektriksel gürültülerini giderecek ve mümkün olduğunca doğru konum tahmini yapacak bir cihaz tasarlanması amaçlanmıştır. Bununla ilgili araştırmalar incelendiğinde vücudun farklı bölgelerine konumlandırılmış kişisel konum tahmin cihazlarının yapıldığı görülmüştür. Bunlar içinde en uygun olanlarından biri de elde taşınabilir cihazlardır. Bu çalışmada elde taşınabilen bir cihaz yapılmış ve karşılaşılan sorunları çözmek için çeşitli algoritmalar önerilmiştir. Öncelikle yönelim tahmini için Madgwick Algoritması kullanılmış ve bu algoritmayla hesaplanan yönelim sonuçları verilmiştir. Diğer bölümde, yürüme esnasında yönelim açısı üzerinde mekanik ve elektriksel gürültülerin Kalman ve Butterworth filtresiyle giderilmeye çalışılması anlatılmış, gene yürüme esnasında el sapmalarından dolayı meydana gelen hataları gidermek için de bir algoritma önerilmiştir. Son olarak adım tespiti için literatürde kullanılan iki filtre karşılaştırılmış ve bunlardan en iyisi seçilmiş, adım uzunluğu tahmini içinse farklı adım hızlarında bile güzel tahminler yapabilen uyarlamalı adım uzunluğu tahmin algoritması kullanılmıştır. Tüm bu algoritmalar birleştirilerek konum tahmini yapılmıştır. Konum tahmini için üç farklı deney parkurunda üç farklı algoritma denenmiş ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. Önce sadece Madgwick Algoritması kullanılmış, sonra Madgwick+Koşullu Yönelim Algoritması kullanılmış son olarak da Madgwick+Kalman+Koşullu Yönelim Algoritması kullanılmıştır. En iyi yöntemin Madgwick+Kalman+Koşullu Yönelim algoritması olduğu görülmüş ve tasarlanan cihazda bu algoritma kullanılmıştır. Üç farklı parkurda kullanılan bu algoritmanın performansı ise dikdörtgen parkurda %1.94 mesafe hatası ve % 0.364 konum sapması, labirent parkurda % 0.42 mesafe hatası ve % 0.34 konum sapması ve son olarak 45°'lik zikzak parkurda % 0.331 mesafe hatası ile % 2.017 konum sapması şeklinde gözlemlenmiştir.