室內(nèi)WLAN距離依賴型匹配定位算法研究.pdf

1、隨著近距離無線電通信技術(shù)的進步、無線局域網(wǎng)(WLAN: Wireless Local Area Network)應(yīng)用的高速發(fā)展,以及人們對環(huán)境感知和位置服務(wù)需求的增加,使得室內(nèi)、外定位導(dǎo)航技術(shù)突飛猛進。在開闊室外環(huán)境下,全球定位系統(tǒng)和蜂窩無線通信系統(tǒng),提供了較為精確和可靠的位置信息,但對于室內(nèi)或樓群密集的室外環(huán)境,由于無線信號遮蔽、衰落和多徑效應(yīng)等因素的影響,使得定位精度無法滿足實際應(yīng)用的需求,于是,如何準(zhǔn)確、可靠、快捷地提供室內(nèi)或樓群

2、密集區(qū)域的位置服務(wù),以及可用、庫存物資的高效管理,將顯得尤為重要。
　　自802.11 WLAN標(biāo)準(zhǔn)問世以來,WLAN通信市場一直受到人們的廣泛關(guān)注。在現(xiàn)有室內(nèi)外無線高速通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,用戶可以依賴各種移動、便攜和輕量的計算設(shè)備,實現(xiàn)對互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的隨時、隨地接入。此外,由于移動用戶對環(huán)境信息的即時性和就地性需求越來越強烈,這就給基于位置的服務(wù)和應(yīng)用,提供了更加廣闊的市場空間。在此,WLAN所具有的高速通信、價廉服務(wù)和快捷部署等優(yōu)點,

3、有效切合了現(xiàn)代社會對移動辦公、生活和娛樂的迫切需求,從而快速帶動了整個WLAN發(fā)展產(chǎn)業(yè)鏈。于是,在世界范圍內(nèi),尤其是室內(nèi)環(huán)境和人們活動的熱點地區(qū),被各種機構(gòu)和個人所廣泛應(yīng)用。但嚴格意義上講,現(xiàn)有WLAN定位技術(shù)并不成熟,但作為室內(nèi)定位領(lǐng)域研究的熱點方向,將具有重要的應(yīng)用潛力。
　　本文的研究內(nèi)容,主要針對距離依賴型匹配定位算法在精度和環(huán)境適應(yīng)性方面所存在的不足,從信號自相關(guān)濾波、距離匹配定位算法精度解度量、定位信息熵測量和自適應(yīng)測

4、序指紋圖構(gòu)建等四個方面展開,以提高室內(nèi)WLAN距離依賴型匹配定位算法的定位精度,優(yōu)化定位系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu),保障定位精度性能變化穩(wěn)定性,以及增強定位算法的環(huán)境適應(yīng)性。
　　首先,本文提出了室內(nèi)WLAN定位信號的自相關(guān)濾波算法,以對原始信號強度樣本集進行裁剪,并有效濾除含有較少或不含位置分辨信息的噪聲樣本。進而實現(xiàn)對位置指紋數(shù)據(jù)圖和在線實時樣本集的濾波修正,并最終提高距離依賴型匹配定位算法的定位精度。通過對連續(xù)時間WLAN定位信號統(tǒng)

5、計分布特征的研究,發(fā)現(xiàn)室內(nèi)WLAN原始定位信號具有較大的隨機抖動性,如果直接將原始信號強度作為距離依賴型匹配定位算法的輸入變量,將會引入大量的隨機、突發(fā)干擾,從而嚴重降低定位系統(tǒng)的定位精度和信息的實時處理能力。
　　其次,本文提出了室內(nèi)WLAN距離依賴型匹配定位算法的定位精度解度量,根據(jù)距離依賴型匹配定位算法精度上限的閉合解形式,可以得到定位精度與系統(tǒng)、環(huán)境參數(shù)的數(shù)學(xué)依賴關(guān)系。由于在真實室內(nèi)WLAN定位環(huán)境下,存在嚴重的陰影遮蔽、

6、多徑效應(yīng)和同頻干擾等因素的影響,實際信道模型往往比較復(fù)雜,且接收信號強度也不易用單一、簡單的統(tǒng)計分布特征進行描述。同時,不同定位目標(biāo)區(qū)域面積、近鄰點選擇、無線接入點和參考點分布,都會帶來指紋特征位置分辨力的差異,進而影響匹配定位算法的定位精度。于是,關(guān)于定位算法精度解度量的研究,將有助于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和整體精度性能的提高。
　　再次,本文提出了室內(nèi)WLAN距離依賴型匹配定位算法的定位信息熵測量,以評價距離依賴型匹配定位算法精度隨環(huán)

7、境改變而具有的動態(tài)穩(wěn)定性。通過研究無AP、單AP、雙AP和三AP等四種典型AP分布情況,以及在不同測試點處采集信號強度分布和目標(biāo)區(qū)域參考點密度條件下,定位信息熵、定位準(zhǔn)度和誤差距離的數(shù)學(xué)依賴關(guān)系,可以有效驗證定位信息熵與傳統(tǒng)定位精、準(zhǔn)度性能指標(biāo)變化關(guān)系的一致性,其中,具有較小期望定位誤差,但隨環(huán)境參數(shù)變化具有較大定位信息熵增長率的定位系統(tǒng),是不穩(wěn)定的。
　　最后,本文提出了室內(nèi)WLAN隨機多用戶信號特征提取、表達與重構(gòu)的自適應(yīng)基因

8、測序指紋圖構(gòu)建方法,以提高距離匹配定位算法的環(huán)境適應(yīng)性。首先,本文研究了定位信號特征的測序片段表達和拉普拉斯嵌入譜聚類方法,以提高原始信號強度基因測序片段的環(huán)境適應(yīng)性,并避免基因片段“堿基”維數(shù)泛濫等問題。其次,根據(jù)對聚類測序片段的Kullback-Leibler差異計算,可以得到不同強度樣本聚類間的信號分布相似度,并保證信號分布轉(zhuǎn)移匹配映射的合理性和準(zhǔn)確性。再次,通過構(gòu)建一種包含物理表達層、強度聚類層和行為邏輯層的三層Allen時間邏