射线跟踪加速算法及其在室内定位中的研究

摘要

室内定位技术由于受非视距传播及多径传播的影响，目前被广泛研究的无线室内定位技术都有其不足之处，定位效果不显著。比起室外环境，室内环境相对复杂，室内装潢、内部物体布局、材料结构等都会对室内定位效果产生影响，并且由于室内环境较小，对定位精度的要求就会更高。研究基于射线跟踪方法的室内定位，可以克服非视距传播及多径传播的影响，提高定位精度。
　　 本文介绍了基于射线跟踪方法的定位原理，总结出利用射线跟踪进行定位主要分为两个阶段，首先是数据采集阶段，利用射线跟踪方法追踪每一条从发射点到接收点的射线，计算其在接收点处的场强、到达角等特征属性信息，建立位置-指纹数据库;其次是匹配定位阶段，把待定位点的场强、到达角属性数据与位置-指纹数据库中的数据进行匹配计算，从而得出其位置信息。在数据采集阶段，针对射线跟踪方法计算量大的问题，在分析现有射线跟踪分区加速算法不足之处后，本文提出了基于Voronoi-图的射线跟踪加速算法，该算法利用Voronoi-图的势力范围性质，将传统加速算法中大量的求交计算变为两点之间的距离计算，减少计算复杂度，提高计算效率。在匹配定位阶段，利用数据采集阶段的分区信息，结合传统K近邻匹配算法思想，提出基于Voronoi-图的室内定位算法，利用Voronoi-图一级邻接点信息，在待定位点与位置-指纹数据库中的数据进行匹配的同时，筛选出与之不匹配的数据，减少匹配计算量，根据不同情况选取不同K值，克服传统匹配算法K值单一的情况。最后利用3DS MAX和Visual Studio2005平台进行仿真实验，验证本文算法的有效性。将本文射线跟踪分区加速算法与传统规则分区加速算法进行对比，验证本文算法的高效性;在匹配定位阶段，重点分析在室内环境中反射次数及绕射次数对定位的影响，并且对定位误差做分析，表明本文算法的有效性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究现状和技术难点

1．2．1 室内定位研究现状

1．2．2 射线跟踪研究现状

1．2．3 技术难点

1．3 研究内容与论文结构

第二章 基于射线跟踪方法定位的基本理论

2．1 射线跟踪基本理论

2．1．1 正向射线跟踪

2．1．2 反向射线跟踪

2．1．3 两种算法的比较

2．2 射线跟踪中场的计算

2．2．1 直射场及反射场的计算

2．2．2 绕射场的计算

2．3 射线跟踪定位原理

2．4 本章小结

第三章 基于Voronoi-图的射线跟踪室内定位算法

3．1 Voronoi-图

3．2 Voronoi-图生成算法

3．3 改进的射线跟踪加速算法设计

3．3．1 射线跟踪加速算法原理

3．3．2 基于Voronoi-图的加速算法

3．4 室内定位算法

3．4．1 匹配定位

3．4．2 基于Voronoi-图的室内定位算法

3．5 本章小结

第四章 仿真实验与数据分析

4．1 射线跟踪加速算法仿真分析

4．1．1 基于Voronoi-图分区加速算法的实现

4．1．2 改进算法与传统算法对比分析

4．2 室内定位算法仿真分析

4．2．1 模型建立

4．2．2 实验结果分析

4．2．3 定位误差分析

4．3 本章小结

第五章 总结及未来的工作

5．1 结论

5．2 未来的工作

致谢

参考文献

攻硕期间从事的科研工作及取得的研究成果