基于Wi-Fi信号的改进室内定位系统设计与实现

摘要

基于位置的服务(Location Based Service，LBS)在我们生产生活中有着非常重要的作用。随着基于 GPS的室外实时定位以及通信技术的飞速发展，当前室外定位技术已发展运用的非常成熟，无论是车载导航还是移动终端导航，在室外环境下都能够获得非常高的定位精度。与此相对，室内定位技术发展还处于不断摸索阶段。其主要原因是由于室内环境复杂多变，室外定位常用的 GPS信号无法穿过建筑，而室内定位所采用的各类信号传播源由于受到多径传播的影响，都无法明确一个广泛适用的信号传播模型。处于商业、医疗、教育等行业的强烈需求，室内定位技术已经成为一个研究的热点。
　　随着 Wi-Fi技术的普及，几乎人们日常生活的所有室内场景都有其信号的覆盖。其低成本、低功耗、广泛覆盖的特点，使其成为室内定位研究的一大热门。但是由于Wi-Fi信号在室内传播过程中易受环境变化干扰，加之系统采用信号强度作为定位计算数据，数据本身存在一定的精度误差，因此如何克服干扰成为基于Wi-Fi信号定位的研究关键。
　　本文在对比研究了已有室内定位技术的基础上，采用贝叶斯估计算法对Wi-Fi指纹定位和手机传感器定位进行融合处理，融合后获得了更高的定位精度。通过大量实验，对算法进行了详细的测试分析。
　　首先，研究了基于Wi-Fi信号强度的室内定位技术，特别针对基于Wi-Fi指纹识别的室内定位技术，研究其原理和技术特点以及定位过程中的影响因素。对比学习了常见的算法，包括最近邻(NN)法、K近邻(KNN)法、K加权近邻(WKNN)法、贝叶斯(Bayes)算法，通过MATLAB仿真进行了精度对比，选取了WKNN算法作为指纹定位应用的算法。然后，研究基于传感器数据的定位算法，包括数据的采集、分析、处理，提出了结合传感器数据修正的Wi-Fi指纹定位系统设计方案，并据此设计了定位系统的基本结构，以及各功能模块。最后，立足实验室实际搭建了实验环境，进行数据库的创建和在线定位实验，记录定位结果。通过分析对比定位性能，结果表明结合传感器数据修正的Wi-Fi指纹定位系统相较于传统Wi-Fi指纹定位系统，定位精度平均提高了36.4％，基本达到了预期的研究目标。

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第一章 绪论

1.1课题背景及研究的目的和意义

1.2室内定位及其相关理论的发展概况

1.3 Wi-Fi定位技术应用现状

1.4本课题的主要研究内容

1.5本文的基本结构

第二章 基于Wi-Fi指纹识别的室内定位算法研究

2.1 Wi-Fi指纹定位的基本原理

2.2典型指纹定位算法

2.3指纹库聚类技术

2.4本章小结

第三章 基于传感器数据的定位算法研究

3.1基于传感器数据定位算法原理

3.2传感器数据的采集

3.3传感器数据预处理

3.4典型传感器数据定位算法

3.5本章小结

第四章 传感器数据融合的Wi-Fi指纹定位算法设计

4.1融合算法基本思想

4.2指纹定位匹配算法选取

4.3传感器数据处理及导航算法

4.4算法实现

4.5本章小结

第五章 系统实现与性能分析

5.1系统设计

5.2实验系统设置

5.3改进算法实现

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1工作总结

6.2工作展望

参考文献

致谢

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