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局域实时定位算法及其精度改进方法研究

作　者: 古富强
导　师: 尚建嘎
学　校: 中国地质大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 位置感知定位技术定位算法卡尔曼滤波粒子滤波
分类号: TP202
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

无论是普适计算还是物联网,究其本质都是实现物理世界与信息系统的融合,从而更好地满足人们的各种需求。位置感知技术是普适计算、物联网中的一项关键技术,其近年来连续被国际知名IT咨询公司高德纳评为产业应用快速上升的主要IT新技术之一。基于位置感知技术构建的实时定位系统(RTLS)在医疗健康、物流、矿山、安防等诸多领域具有广阔的应用前景。位置的获取是实现普适计算、物联网以及基于位置的服务的必要前提和关键。虽然目前已存在许多定位技术来感知对象的位置,但不同定位技术具有不同的定位精度、覆盖范围、安装和维护成本等,且没有哪一种定位技术在任何环境中都具有良好性能。为了解决这个问题,本文在深入研究各种局域定位技术和精度改进方法的基础上,构建了一种融合多种定位技术、集成多种滤波算法的位置感知中间件,该中间件采用插件式架构,具有良好的可扩展性。本文的主要创新点如下：(1)提出了一种基于AP集相似度的WLAN指纹定位算法。针对真实环境中所采集指纹的AP集差异性问题,本文提出了采用基于AP集相似度的WLAN指纹定位方法。首先,利用基于区域相似度的训练指纹选择算法缩小指纹搜索区间,提高指纹匹配的准确度；然后融合AP集相似度以及信号强度(RSS)信息计算指纹间的距离,并按照KWNN方法估算移动目标的位置。(2)提出了一种基于粒子滤波算法的WiFi/INS定位算法。利用WLAN定位技术来计算目标的初始位置；然后使用基于粒子滤波的DR算法来计算目标的实时位置；为了解决DR的累计误差问题,本文在环境中设定一定数量的校正点(Landmarks),这些校正点通常选取具有特定特征的关键点(如门、楼梯、AP部署位置、传感器数据异常的位置等)。当目标运动到校正点位置时,其位置信息自动被更正。(3)提出了一种室内外定位技术切换方法。本文综合考虑GPS、WiFi指纹、WiFi三角定位方法在定位精度、覆盖范围、复杂度等属性方面的差异性,将三者设定不同的优先级。本文设定WiFi指纹定位方法优于GPS定位,WiFi三角定位方法优先级最低,定位时总选取优先级较高的定位技术,从而实现室内→室外以及室外→室内的智能切换。

全文目录

作者简介  7-9
摘要  9-10
ABSTRACT  10-16
第一章绪论  16-22
  §1.1 研究背景及意义  16-17
  §1.2 国内外研究现状  17-20
  §1.3 研究内容及创新点  20-21
  §1.4 本文组织结构  21-22
第二章局域定位技术及算法  22-32
  §2.1 局域定位技术  22-24
  §2.2 接近定位  24-25
  §2.3 几何计算定位  25-28
  §2.4 位置指纹定位  28-29
  §2.5 航位推算方法  29-30
  §2.6 基于AP集相似度的指纹算法  30-31
    2.6.1 基于区域相似度的训练指纹选择算法  30-31
    2.6.2 基于AP集相似度的距离计算方法  31
  §2.7 本章小结  31-32
第三章定位精度改进算法  32-43
  §3.1 平滑  32
  §3.2 卡尔曼滤波  32-33
  §3.3 扩展卡尔曼滤波  33-34
  §3.4 Sigma-Point卡尔曼滤波  34-36
  §3.5 粒子滤波  36-37
  §3.6 滤波算法在不同层次的运用  37-39
  §3.7 基于粒子滤波的WiFi/INS算法  39-42
    3.7.1 粒子滤波算法  40
    3.7.2 步长计算  40-41
    3.7.3 方向计算  41-42
  §3.8 本章小结  42-43
第四章 UbiLoc中间件的设计与实现  43-50
  §4.1 架构及特性  43-44
  §4.2 设计与实现  44-46
  §4.3 不同定位技术、算法的融合  46-48
  §4.4 室内外无缝定位的实现  48-49
  §4.5 本章小结  49-50
第五章实验测试与分析  50-62
  §5.1 实验测试平台  50
  §5.2 实验设备及场景  50-53
  §5.3 结果评估与分析  53-61
    5.3.1 NanoLOC定位技术  53-54
    5.3.2 WiFi定位技术  54-56
    5.3.3 室内外无缝定位切换方法  56-57
    5.3.4 基于AP集相似度的指纹算法性能  57-58
    5.3.5 基于粒子滤波的WiFi/INS算法性能  58-61
  §5.4 本章小结  61-62
第六章全文总结与展望  62-64
  §6.1 论文总结  62-63
  §6.2 工作展望  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-71

局域实时定位算法及其精度改进方法研究

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