基于RSSI和地磁場(chǎng)特征融合的室內(nèi)定位算法設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著智能便攜式終端設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)科技的快速發(fā)展，越來(lái)越多的成熟化的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與傳感技術(shù)被廣泛應(yīng)用在人類生活的方方面面。在室內(nèi)定位這樣一個(gè)新的應(yīng)用領(lǐng)域，研究者利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能終端的傳感器作為輔助，最終實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的室內(nèi)位置信息獲取成為了可能。精準(zhǔn)高效的定位技術(shù)有著非常廣闊的應(yīng)用前景，比如用于商業(yè)的導(dǎo)購(gòu)，廣告信息的精準(zhǔn)推送，甚至在一些特種行業(yè)如救災(zāi)救援等諸多領(lǐng)域。定位技術(shù)，尤其是在室內(nèi)環(huán)境中的定位技術(shù)的穩(wěn)定性，高效性和低成本，都是最終實(shí)現(xiàn)

2、基于位置服務(wù)的必要前提和關(guān)鍵因素。
　　目前主流的室內(nèi)定位技術(shù)都是基于無(wú)線信號(hào)定位技術(shù)通過(guò)不同的數(shù)學(xué)估計(jì)模型最終實(shí)現(xiàn)位置預(yù)估。由于基于無(wú)線信號(hào)的定位技術(shù)完全依賴定位場(chǎng)景中的無(wú)線信號(hào)特征，然而在傳輸過(guò)程中無(wú)線信號(hào)易受到環(huán)境的干擾，加上定位算法最終需要通過(guò)概率估計(jì)模型進(jìn)行估算，導(dǎo)致使用無(wú)線信號(hào)定位算法進(jìn)行位置估計(jì)的最終結(jié)果精度和誤差較大，而且結(jié)果會(huì)發(fā)生漂移。若需提高算法精度則需要加大對(duì)定位實(shí)驗(yàn)環(huán)境中無(wú)線節(jié)點(diǎn)硬件的投入，這樣勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致成

3、本過(guò)高，而無(wú)法大規(guī)模部署使用。陀螺儀、地磁傳感器、重力傳感器等一系列過(guò)去高端的高技術(shù)水平設(shè)備，由于智能終端的發(fā)展應(yīng)用和MEMS傳感器的進(jìn)步而得以廣泛應(yīng)用，為了完成輔助定位的功能，上述的傳感器可以對(duì)某個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)以及外界特性進(jìn)行精確的反應(yīng)。
　　本文考慮到了無(wú)線信號(hào)定位的有點(diǎn)和缺點(diǎn)，在定位過(guò)程中同時(shí)融合使用周圍環(huán)境信息（如地磁場(chǎng)信息）和使用運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息（如加速度信息）進(jìn)行協(xié)同定位，提出了一種融合了地磁定位和基于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改進(jìn)的無(wú)線信

4、號(hào)定位算法的室內(nèi)組合定位方法，通過(guò)室內(nèi)人員所處位置的地磁場(chǎng)與無(wú)線信號(hào)特征來(lái)計(jì)算其位置坐標(biāo)。算法利用基于無(wú)線信號(hào)的便捷性，同時(shí)利用地磁場(chǎng)特征定位無(wú)需硬件部署的低成本特性，將二者融合取長(zhǎng)補(bǔ)短，使用地磁場(chǎng)定位的高精度彌補(bǔ)無(wú)線信號(hào)定位的高誤差。算法結(jié)合使用二者，作為整體，互相補(bǔ)充，改善了使用單一算法的不穩(wěn)定的特性，增加了算法的效率。
　　本文首先介紹了項(xiàng)目的背景，以及無(wú)線信號(hào)定位，地磁定位的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和一些現(xiàn)有的成果。之后對(duì)以無(wú)線信號(hào)強(qiáng)

5、度為基礎(chǔ)的RSSI原理進(jìn)行了描述，同時(shí)對(duì)現(xiàn)今使用頻率較高的RSSI定位的方法與技術(shù)進(jìn)行了說(shuō)明，接著介紹本文所用到的RSSI的傳播模型，并做了分析，最后又介紹了本文中提出的使用運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與RSSI定位的融合算法，并對(duì)本文所述的使用RSSI定位和地磁場(chǎng)特征定位融合算法進(jìn)行了試驗(yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。
　　接著文章介紹了地磁匹配技術(shù)的基本原理，常見(jiàn)的主流地磁匹配技術(shù)的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用，最后對(duì)各種地磁匹配技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析。
　　本

6、課題下一步對(duì)地磁圖重構(gòu)技術(shù)作了相應(yīng)介紹。章節(jié)中首先介紹了地磁圖技術(shù)的重要性，以及在地磁定位算法中的意義。然后文中介紹了地磁圖重構(gòu)的插值方法，為了能夠提高算法的定位精度，我們主要研究了空間插值的方法。綜合各個(gè)插值算法的特點(diǎn)，在本文所述算法中根據(jù)算法的特點(diǎn)選用自然鄰點(diǎn)插值法，并且在文中做了詳細(xì)的原理分析。然后，設(shè)計(jì)了自然鄰點(diǎn)插值算法并且分析了所得結(jié)果。本文還介紹了Hausdorff度量，對(duì)其原理和使用方法進(jìn)行了說(shuō)明和分析。介紹了怎樣在地磁匹

7、配算法中引入Hausdorff相關(guān)度。隨后，本文介紹了整體的融合算法，完整地闡述了如何將RSSI的改進(jìn)算法和地磁匹配算法進(jìn)行融合，對(duì)其可行性和原理做了概述，并就算法的具體實(shí)現(xiàn)步驟和操作方法進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明。
　　在整個(gè)算法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，分步優(yōu)化的思路貫穿始終，從使用RSSI定位算法確定粗區(qū)域到使用地磁進(jìn)行精細(xì)區(qū)域的定位。在地磁匹配步驟中，基于Hausdorff距離度量進(jìn)行搜索匹配時(shí)，由粗到精的逐步優(yōu)化，縮小定位預(yù)估位置范圍，提高精