【摘要】：隨著第四次科技革命的深入發(fā)展,物聯(lián)網(wǎng)等新興技術的市場將被廣泛開拓,室內定位技術也是其中一員。Wi-Fi信號功率可以作為表征地理位置信息的“指紋”,以此為基礎可進行指紋匹配定位。然而多變的室內環(huán)境導致Wi-Fi信號波動較大,所以定位準確度較低。地磁強度信息是室內環(huán)境中穩(wěn)定性較高的信息資源,而且室內地磁信號的強度分布不均勻,這使得地磁信息也可以作為區(qū)分地理位置的有利依據(jù)。然而,不同地理位置的地磁強度又可能是相似的,單獨使用地磁信息進行室內定位的算法比較復雜,不易于實現(xiàn)。根據(jù)行人運動特征而提出的行人航位推算定位,以遞推的形式估計行人位置坐標,該定位方法存在累積誤差,無法實現(xiàn)高質量的定位目標。由于單一的Wi-Fi、地磁和行人航位推算定位都存在明顯的缺陷,為實現(xiàn)優(yōu)勢互補,克服彼此的不足,經(jīng)過對相關文獻的研究和實驗分析,本文將改進粒子濾波融合定位系統(tǒng)作為最終的定位方案,其研究過程分為如下三步進行:(1)本文基于Wi-Fi和地磁進行擴展指紋定位。離線階段,多次采集室內所有參考點處多個Wi-Fi信號功率和地磁強度數(shù)據(jù),分別進行均值處理和高斯擬合處理,生成初始的指紋數(shù)據(jù)庫,再經(jīng)過三次樣條插值處理,構建豐富的擴展指紋數(shù)據(jù)庫。在線階段,采集待定位點的Wi-Fi和地磁指紋信息,基于自適應加權K近鄰(Self-adaptive Weighted K-nearest Neighbor,SA-WKNN)算法對待定位點進行位置估計。經(jīng)驗證,擴展指紋比單一指紋的定位性能更優(yōu)。(2)針對行人航位推算定位,本文通過智能手機的慣性傳感器采集行人行走過程中的加速度、角速度和方向數(shù)據(jù)。根據(jù)加速度數(shù)據(jù)估算出步數(shù)和步長,根據(jù)角速度和方向數(shù)據(jù)聯(lián)合估計前進的方向角,再結合行人上一步的位置坐標便可估算出當前位置坐標。經(jīng)驗證,改進后的步長和方向估計都實現(xiàn)了良好的效果。(3)本文采用馬爾可夫鏈蒙特卡洛(Markov Chain Monte Carlo,MCMC)方法對粒子濾波(Particle Filter,PF)進行了改進�；诟倪MPF算法對上述兩種定位方法進行融合,將擴展指紋定位的結果作為測量值,將行人航位推算定位結果作為狀態(tài)值,據(jù)此完成動態(tài)的融合定位。經(jīng)過與傳統(tǒng)的融合定位算法相比較,本文提出的算法能實現(xiàn)精度更高、穩(wěn)定性更好的定位效果。
【圖文】：

到的Ｗｉ－Ｆｉ信號指紋與一個己經(jīng)建立好的數(shù)據(jù)庫中所有參考點的Ｗｉ－Ｆｉ指紋進行匹逡逑配，，根據(jù)匹配到最相似的參考點來估計待定位點的坐標，這個匹配定位的過程也逡逑可以看作一個模式識別的過程。Ｗｉ－Ｒ室內指紋定位系統(tǒng)的框圖如圖２－１所示：逡逑＾明ａ土卜邐線下Ｗｉ－Ｆｉ指紋采１邐ｉｆ構建位置指紋數(shù)＾逡逑設置參考點、—邐ｍ邐—？據(jù)庫逡逑＼邐／邐＼邐邐／邐＼邐邐邐逡逑—？指紋匹配定位——？指紋定位結果逡逑＼邐邐邐ｙ邐＼邐ｙ邐＼邐ｙ逡逑圖２－ｉ邋ｗｉ－ｎ室內指紋定位系統(tǒng)框圖逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｂｌｏｃｋ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋Ｗｉ－Ｆｉ邋ｉｎｄｏｏｒ邋ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ邋ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑２．１．１邐Ｗｉ－Ｆｉ信號傳播模型逡逑在沒有任何障礙物阻擋和多徑干擾的理想空間環(huán)境中，ｗｉ－ｎ信號是按照固定逡逑的路徑損耗模型向四周傳播的。假設Ｗｉ－Ｆｉ接入點的所有同向天線輻射的功率為逡逑尸，，那么距離接入點ｄ米處的接收天線的接收功率為：逡逑８逡逑

５0（Ｘ0，ｙ0）邐Ｘ逡逑圖２－３行人航位推算定位示意圖逡逑Ｆｉｇ．２－３邋Ｓｋｅｔｃｈ邋ｏｆ邋ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ邋ｄｅａｄ邋ｒｅｃｋｏｎｉｎｇ邋ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ逡逑一般地，行人航位推算定位的系統(tǒng)框圖如圖２－４所示：逡逑／邋＼逡逑邐？？步數(shù)檢測邋邐逡逑（邐＾邐ｖ－邋邐／逡逑加速度傳感器－邐邐逡逑Ｉ邐）邐（邐＾逡逑邐？步長推算——邐（邐邐．逡逑Ｖ＾邐行人航位推算逡逑定位逡逑＼，邐邐／逡逑／邐＾邐（邐＼逡逑數(shù)字羅盤邋邐？方向角推算邋邐逡逑ｖ邐ｙ邐＼邐／逡逑圖２＞４行人航位推算定位系統(tǒng)框圖逡逑Ｆｉｇ．２－４邋Ｂｌｏｃｋ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋Ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ邋Ｄｅａｄ邋Ｒｅｃｋｏｎｉｎｇ邋ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑假設行人航位推算定位初始時刻的坐標＆（七，＞0是已知的，根據(jù)以下計算公逡逑式可以得出任意ａ時刻的位置＆邋（＆，邋＞＾）。逡逑ｋ逡逑ｘｋ邋＝ｘ０邋ｓｉｎＧｉ逡逑＾邋／＝；邐（２－Ｈ）逡逑ｙｔ＝ｙ0＋Ｙｊ，＇ｃｏｓ°－逡逑．邋，＝１逡逑其中，＾是第／步的步長和方位角，根據(jù)前一步行人所在位置與當前位置逡逑之間的步長及方位角即可推算出當前的位置坐標。逡逑顯然每一步的步長和方位角都會存在測量誤差
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN713;TP212

【參考文獻】

相關期刊論文 前3條

1 王天昊;吳信銀;涂琦;王曉偉;;計算機視覺識別在室內定位的應用[J];電子技術與軟件工程;2015年16期

2 王富強;薛志偉;齊曉飛;林蓉;;室內地圖研究綜述[J];地礦測繪;2012年02期

3 陳陽舟;孫章固;馬海波;;基于平方根UKF的車輛組合導航[J];系統(tǒng)工程與電子技術;2008年05期

相關碩士學位論文 前2條

1 張濟楷;基于改進指紋算法的Wi-Fi指紋室內定位技術研究[D];吉林大學;2017年

2 蘇邵麟;基于手機傳感器和地標的Radio Map建立算法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2016年

本文編號：2651459