基于远距离RFID的轨迹跟踪方法的研究

摘要

随着无线通信技术和移动终端在人们日常生活中的高度普及，基于位置信息的各种应用也逐渐成为了室内定位领域的研究热点之一。然而在室外定位中表现突出的GPS却受墙体遮挡影响，不适用于室内环境，因此研究人员开始将超声波、红外线、RSSI等技术应用到室内定位研究中，但这些方法或是成本较高，或是受到多径干扰的影响而定位精度不理想，在实际应用时受到了限制。为此本文在无线信号传输层面上对远距离RFID技术进行了分析，提取出信道状态信息特征，并将其应用到室内目标入侵检测、位置识别与轨迹跟踪等问题的研究当中，主要研究成果有:
　　1.本文根据远距离无线射频信号的传输原理，将无线信号物理层中的信道状态信息(CSI)作为一种新的尝试应用到室内目标入侵检测的研究中，提出了基于时间序列的目标入侵检测方法(Time Series-based target intrusion Detection Method，TSDM)。TSDM首先对原始的信道状态信息进行特征提取，并将不同时刻的CSI振幅信息投影到时间序列上，从而将目标入侵检测问题转化为时间序列的异常检测问题。在检测阶段采用了改进的EMA方法对信号数据进行分析处理，同时在预警阶段制定了相应的确认及报警措施。
　　2.通过对以往室内定位方法的研究分析，本文提出了一种基于聚类的指纹定位方法(Clustering-based Fingerprint Localization Method，CFLM)。CFLM将无线信号物理层中的信道状态信息作为位置识别的指纹数据，具有更加稳健的特性，在指纹匹配阶段，由于引入了聚类的思想，算法有效的提高了指纹匹配的速度和准确性，同时在位置识别阶段采用了差异化K值策略，使得CFLM获得了更加准确的定位结果。
　　3.本文在目标检测和位置识别问题研究的基础上，对信道状态信息的特征进行了进一步的提取与利用，提出了基于向量投影的轨迹跟踪方法(VectorProjection-based trajectory Tracking Method，VPTM)。VPTM采用了多天线测量技术，首先提取出了CSI中的相位信息，并利用载波相位测距原理计算出不同测量方向上的速度矢量，随后以目标位置为原点建立坐标系，将目标移动轨迹分解到不同测量方向上，根据向量投影原理建立速度分解方程。最后推导出轨迹移转移方程式，并采用CFLM计算初始位置进行递归求解。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 RFID技术简介

1．2 国内外研究现状

1．2．1 定位跟踪技术的研究现状

1．2．2 典型定位系统介绍

1．3 定位跟踪算法性能的评价标准

1．4 本文主要研究工作

1．4．1 研究背景与动机

1．4．2 主要研究内容与成果

1．5 本文章节安排

第2章 无线网络中信道状态信息的研究

2．1 引言

2．2 无线信号特性及传播模型

2．2．1 无线信号简介

2．2．2 无线信号的典型传播模型

2．3 信道状态信息的特性及选取

2．3．1 信道状态信息简介

2．3．2 瞬时信道状态信息建模

2．4 OFDM-MIMO系统中信道状态信息的提取

2．4．1 OFDM-MIMO技术简介

2．4．2 信道状态信息提取算法

2．5 本章小结

第3章 基于时间序列异常检测的目标入侵监测方法

3．1 引言

3．2 问题描述

3．3 信号数据异常检测算法

3．3．1 四分位检测算法

3．3．2 时间序列异常检测算法

3．4 实验结果及分析

3．4．1 RSSI与CSI稳定性的比较

3．4．2 参数α、a1的选取

3．4．3 目标入侵检测举例

3．5 本章小结

第4章 基于指纹聚类的位置识别方法

4．1 引言

4．2 问题描述

4．3 单发射端模型的定位方法

4．3．1 单发射端模型中指纹库的建立

4．3．2 单发射端模型中指纹匹配算法

4．4 多发射端模型的定位方法

4．4．1 多发射端模型中原始指纹库的建立

4．4．2 多发射端模型中基于聚集的指纹库的建立

4．5 实验结果及分析

4．5．1 实验环境介绍

4．5．2 差异化K值定位举例

4．6 本章小结

第5章 基于向量投影的加权轨迹跟踪方法

5．1 引言

5．2 问题描述

5．3 载波调制方法

5．3．1 载波调制理论

5．3．2 无线信号波长的选取

5．4 相位差值轨迹跟踪算法

5．5 实验结果及分析

5．6 本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文及参加的科研项目

声明