基于UWB/WiFi融合的低开销可扩展室内定位技术研究

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基于位置的服务已逐渐深入到人们的日常生活中,而其核心是室内定位技术。目前,由于WiFi基础设施的广泛分布以及移动智能设备的快速发展,WiFi指纹定位技术已成为室内定位领域较为成熟的技术之一,但是该技术离线数据采集开销大和缺乏可扩展性的缺陷阻碍了其大规模实现和发展。另一方面,由于超宽带(Ultra Wide Band,UWB)传输数据速率快的特性,通过测距方法可以实现厘米级的定位精度,但是在定位时需要时刻携带额外的硬件设备,并且在非视距环境下定位精度下降的弊端,使其无法实现大规模发展。鉴于此,本文深入研究了基于UWB与WiFi融合的定位技术,在保证定位精度的同时,实现了可扩展性以及降低离线数据采集的开销。首先,提出了一种混合UWB/WiFi技术的低开销定位系统,降低了离线指纹数据采集的开销。其次,提出了基于UWB技术的可扩展WiFi指纹定位系统。在离线阶段,利用UWB技术的高精度定位优势,自动构建WiFi指纹库,从而无需提前在目标区域设立参考点,极大的提高了系统的可扩展性。最后,本文设计并实现了室内轨迹实时跟踪系统,并在真实环境中验证了该系统的有效性。研究工作具体介绍如下:本文提出了一种混合UWB/WiFi的低开销定位系统。离线数据采集阶段,在混合UWB/WiFi设施的环境下进行数据收集时,提出了一种融合坐标数据与接收信号强度(Received Signal Strength Indicator,RSSI)的时间戳匹配算法,该方法加速完成了WiFi指纹库的构建。另外,为了提高系统的定位精度,提出了一种无线接入点(Access Point,AP)权重分配方法。在定位阶段,使用加权K邻近算法得到最终的定位结果。最后,通过实验验证了该系统的有效性。本文提出了一种基于UWB技术的可扩展WiFi指纹定位系统。在离线阶段提出了一种基于UWB的WiFi指纹库自动构建方法,该方法将自动完成指纹数据的收集工作。在该方法中,提出了一种异源数据融合算法,得到初始指纹数据。为了精简初始指纹数据,提出了一种指纹数据优化算法,实现了更具有参考性的WiFi指纹库的构建。在在线定位阶段,为了提高在线定位精度,本文提出了一种在线限制定位方法。最后,通过实验验证了所提算法的有效性。本文设计并实现了室内轨迹实时跟踪系统,并在真实场景中测试了该系统。该系统的功能是实时追踪行人在室内的行走轨迹,主要由数据采集端以及上位机端组成。数据采集端负责数据的收集,上位机端则实时显示行人行走轨迹。
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