基于GPS/WiFi/蜂窝的室内外无缝定位技术研究及定位系统设计

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二十一世纪以来,无线通信技术的快速发展深刻地改变着世界经济的发展方向和人们的思维及生活方式。随着智能终端的快速普及,人们在生活和工作中越来越多地应用到位置服务,而位置服务的核心要素之一是定位技术。现如今,由于人们对位置服务要求的日益提高,室内外无缝定位技术已成为当前的研究热点。GPS定位由于其在室外覆盖广、定位精度高和实时性强等特点,被广泛应用于室外开阔区域的定位。但是由于建筑物对卫星信号的遮挡,GPS定位在繁华市区和室内区域会有失效的现象发生。WiFi网络具有成本低、部署方便等优点,在室内场所(机场、校园、医院、商业区和住宅楼)广泛分布,从而也成为了室内定位研究的热点。蜂窝信号既可以覆盖繁华市区,也几乎可以覆盖所有室内区域,通过引入蜂窝网络,可实现定位场景的全覆盖。基于以上所述,本论文研究了GPS/WiFi/蜂窝定位方式之间的切换,并且在Android平台上实现该无缝定位系统。首先,通过阅读大量室外、室内定位技术的文献资料,对比分析各种定位技术以确定方案的可行性。并且对其中涉及的相关技术原理和特点进行介绍分析,包括基本的GPS定位原理、位置指纹定位技术、典型的DCM算法、典型的无线信号传播模型和卡尔曼滤波器,为后面的工作做出铺垫。其次,建立仿真环境,仿真分析了影响位置指纹定位性能的关键因素:基本的DCM算法、K值、指纹维度,以及卡尔曼滤波器对采集数据的预处理。通过分析Alpha-count机制,将其应用于蜂窝位置指纹定位方式和WiFi位置指纹定位方式的切换。然后,通过对基于Android的无缝定位系统的需求分析,设计了室内外无缝定位系统的框架,并提出了实现方案。同时详细介绍了该定位系统各个功能模块的关键技术,并采用eclipse软件编程实现该无缝定位应用。最后,搭建了室内外无缝定位系统的实验环境,并在该实验环境中使用开发的应用进行离线训练阶段的位置指纹数据采集功能、数据存储功能以及在线定位阶段定位功能的验证工作,并且对该无缝定位系统做了性能测试分析。
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