基于WLAN与惯性导航的室内定位关键技术研究

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随着人们在室内活动与生活的时间逐渐增多,人们对基于位置的服务和应用场景提出了新的需求,需要定位导航系统能应用于室内场景中,这给定位技术的发展带来了新的机遇和挑战。近年,室内定位技术的研究获得了学术界的广泛关注,在人员定位追踪、资产管理、安防救援和商品零售等领域有着广泛的应用前景。由于无线信号在室内复杂的传播特性,基于无线信号的室内定位系统定位精度有限,无线信号定位技术已无法同时满足低成本和高精度的双重要求。本文以室内定位领域中的人员定位与导航为研究背景,分别研究了基于WLAN与惯性导航的室内定位系统,并在普通家庭、某办公区域和某科研楼等典型的室内场景中对定位系统进行实验验证。本文首先研究了基于WLAN的室内定位系统,使用信道状态信息(Channel State Information,CSI)实现室内定位。在此基础上,针对无线信号多径衰落和频率选择性衰落难以消除的缺陷,研究了CSI的时域、频域处理和数据筛选方式;针对室内传播模型的建立,研究了传播模型中的环境因子和路径损耗因子的确定方式;针对位置估计中的偏差估计,研究了地图匹配算法。虽然基于CSI的室内定位技术能缓解信号多径衰落和频率选择性衰落对定位精度带来的影响,但仍存在受环境因素影响而导致定位精度下降的问题。因此,本文对惯性导航室内定位技术进行了深入研究。针对惯性导航系统的初始化,研究了旋转矩阵的确立方式;针对惯性导航系统存在的累积误差,研究了数据融合算法进行修正;针对惯性导航系统航迹估计存在的偏差,研究了利用地图信息对航迹偏差进行修正的地图匹配算法,提高了基本惯性导航系统的定位精度。研究实现的基于WLAN的室内定位系统定位误差在1.6m以内;研究实现的基于惯性导航的室内定位系统可以持续的估计出待测目标的行动轨迹,轨迹的误差在1m以内。经实验验证,基于WLAN与惯性导航的室内定位系统可以在典型室内场景中对待测目标的位置做出较高精度的估计。
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