基于深度对抗生成模型的WiFi室内定位算法研究

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现有很多基于WiFi的室内定位技术能够在实验室环境下达到较高精度。但是由于室内场景日趋规模化,室内定位算法从实验室环境迁移到大型复杂环境需要解决新的技术问题,即高成本的指纹库构建。目前已有研究半监督条件自编码器SCVAE(SCVAE,Semi-supervised Conditional Variational Auto-Encoder)致力于构建低成本、高密度的虚拟指纹库解决这一问题,但由虚拟指纹库的精度问题导致的定位误差依然存在,有待进一步提升。本文提出利用少量带标签数据和大量无标签数据来生成低成本、高密度指纹库,在SCVAE的基础上设计实现了Loc GAN室内定位系统,利用深度对抗生成模型提升虚拟指纹的真实性。Loc GAN由SCVAE和生成式对抗网络GAN(Generative Adversarial Networks)两部分构成。分为模型训练、指纹生成和在线定位三个阶段。在训练阶段使用预训练和对抗训练的方式提高模型的准确性。预训练是单独训练Loc GAN模型中鉴别器、回归器和CVAE等子模型。对抗训练是利用少量的已标记指纹和大量的未标记指纹对抗训练SCVAE生成器和GAN鉴别器,得到高精度的生成模型。指纹生成模块通过在待定位场景生成密集的虚拟指纹,并与真实指纹合并得到混合指纹库。在线定位模块基于混合指纹库计算待测指纹的位置。本文在实际大规模室内场景对Loc GAN的性能进行了评价,总面积达9500m2。在商场环境中,Loc GAN在参考点密度为间隔60米时,平均定位精度为6.15米,与SCVAE相比减小0.43米,且90%累积误差减小1.5米,拖尾明显减小,提升了算法鲁棒性。在教学楼场景中,Loc GAN的平均定位精度为3米,与SCVAE相比减小0.23米。综上,Loc GAN使用少量参考点即能达到较高的定位精度,适用于部署在大规模室内环境提供高精度定位服务。
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