基于辅助节点协作的Wi-Fi室内定位方法

摘要

伴随着全世界范围内对于移动互联网技术的有力提升，Wi-Fi网络在人们的日常生活中的普及性越来越高，所扮演的角色越来越重要，并且其覆盖的区域以及使用的范围也越来越广。同时，基于位置的多样式服务也更多地受到人们的关注。其中，基于RSS的Wi-Fi定位技术，因其较低的布置成本、较高的实现性、高精度的定位和良好的扩展性等优点，吸引着人们的眼球，迅速地成为当前室内定位技术中重要的研究热点。
　　本文论述了国内外基于Wi-Fi室内定位方法的研究现状和发展动态，结合RSS时间序列的相似性原理选择“辅助节点”，采用改进的卡尔曼滤波夫人NLOS误差消除算法用于节点间TOF测距，结合穷举法和最大梯度下降法优化定位误差。同时，针对克拉美罗下界对传统的基于RSS或TOF定位方法性能评价的分析，研究辅助节点以及接入点数量对算法性能的影响。本文的主要工作如下:
　　1、基于RSS时间序列相似性的辅助节点的选取。针对传统基于RSS指纹定位算法的定位精度取决于匹配算法和指纹数据库的准确性的现状，认识到当前室内存在诸多的Wi-Fi设备，其信息可以被用于提高定位的精度，同时仅单纯地考虑单个节点信息，不能充分利用室内环境中其他节点的信息。因此，本文根据RSS时间序列的相似性原理选择参与辅助定位的节点。
　　2、提出了基于辅助节点协作的Wi-Fi室内定位方法。根据RSS时间序列的相似性原理选择辅助节点，认识到TOF测距误差并不符合高斯分布的规律，采用基于改进卡尔曼滤波的NLOS误差消除算法用于节点间的TOF测距，并根据每两个节点间的距离进行空间建模，采用穷举法和最大梯度下降法优化定位误差。通过实验研究辅助节点选取的门限值、采用穷举法的划分等份以及不同实验环境下算法的性能，结果表明所提出的算法相比于传统的基于RSS的定位算法，其定位精度高，定位误差小且鲁棒性好。
　　3、提出了基于辅助节点协作的Wi-Fi室内定位方法的克拉美罗下界分析。综合分析传统的克拉美罗下界对基于RSS或TOF定位方法性能评价的研究现状，从辅助节点以及接入点数量的深入分析并实验论证其对基于辅助节点协作的Wi-Fi室内定位方法的影响。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 室内定位研究现状

1．3 研究内容和章节安排

第二章 基于接收信号强度的Wi-Fi室内定位技术分析

2．1 基于RSS测距的定位方法

2．2 基于RSS指纹的定位方法

2．2．1 基于RSS的位置指纹定位方法原理

2．2．3 基于RSS的位置指纹匹配定位过程

2．2．4 位置指纹定位算法

2．3 本章小结

第三章 基于辅助节点协作的Wi-Fi室内定位算法

3．1 辅助节点介绍

3．2 基于辅助节点协作的Wi-Fi室内定位算法

3．2．1 计算初始位置

3．2．2 辅助节点的选择

3．2．3 基于NLOS误差消除算法的TOF测距

3．2．4 建模搜索

3．3 实验仿真

3．4 本章小结

第四章 基于辅助节点协作的Wi-Fi室内定位算法的克拉美罗下界分析

4．1 克拉美罗下界

4．2 基于RSSI定位算法的克拉美罗下界

4．3 辅助节点协作模型的误差分析

4．3．1 基于视距环境下的TOF测距

4．3．2 基于的有色噪声消除NLOS的TOF测距

4．3．3 建模的刚性

4．4 基于辅助节点协作定位算法的克拉美罗下界

4．5 实验仿真

4．6 本章小结

第五章 总结和展望

5．1 工作小结

5．2 未来工作和展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要科研工作及成果