随着室内导航,安全监控等室内定位服务的广泛应用,室内定位技术的商用价值已经凸显。但因为GPS信号的弱穿透性,使得利用GPS信号的室内定位精度不高。为提升定位技术的准确性,可利用现有室内已广泛覆盖的Wi-Fi信号,改善原有GPS定位技术的室内定位局限。在基于Wi-Fi的定位技术中,基于到达角的方法因其高精度(可达几十厘米)和易布设的优点,在现有Wi-Fi平台上更受欢迎。该方法利用Wi-Fi接入点(AP,Access Point)上搭载的天线阵列来估计目标信号的到达角,再利用三角定位技术,联合多个到达角来估计目标的位置。然而,现有Wi-Fi的定位系统会受到障碍物遮挡和天线阵列部署的影响。障碍物的存在会遮挡目标和AP之间的直射视线,使用一个来自非视距下AP获得的到达角测量值将会大幅度地降低定位精度。此外,本文分析发现,目标信号相对于阵列朝向的入射角会影响到达角的估计精度。为优化现有Wi-Fi的定位系统的定位精度,如何在障碍物环境下,合理利用阵列部署构建一个高精度的定位系统至关重要。本文研究适用于Wi-Fi覆盖的室内环境,利用最少的AP数,基于Wi-Fi到达角技术,实现目标高精度定位。具体研究内容如下:1.提出了最少AP数量的高精度室内定位方法。该方法克服了实际定位系统中障碍物影响,用最少的AP数量来构建高精度定位系统。首先,本文利用克拉美罗下界来量化目标的定位误差,其描述了目标与AP之间相对位置、阵列方向、障碍物和路径损耗对定位误差的影响。在此基础上,本文对定位系统进行AP布设规划,将其建模为一个AP选择问题。通过对候选AP进行离散化,将目标设定为选择最小数目的AP,同时将目标定位误差约束在给定精度的条件下,来保证定位系统中每个目标的定位精度。接着,借助凸优化的松弛技术,设计了一种启发式算法对该AP选择问题来进行求解。最后,仿真结果表明,所设计的算法能够有效地对抗障碍物的存在,使用较少的AP数目获得高精度的定位性能。2.提出了一种天线阵列朝向和部署优化方案。该方案通过对AP上搭载的天线阵列进行优化,灵活地通过旋转阵列天线来提高到达角估计精度。首先,本文分析了阵列的朝向对到达角估计精度的影响,发现在目标入射信号垂直于天线阵列时,到达角估计精度达到最大。在此基础上,针对AP数目大于2的情况,对阵列进行均匀线性布设,并设计了每个AP阵列的最优朝向,从而确保AP对系统中所有目标到达角的估计精度。进一步当AP数目等于2时,在该处最优朝向基础上,对天线阵列进行了非规则布设,以消除在只有两个AP情况下由于线性阵列对称性引起的定位误差。最后,实验结果表明,所设计的方案能够通过阵列的灵活配置,有效地降低到达角估计误差,从而提升目标定位精度。3.提出了一种对阵列布设具有鲁棒性的高精度定位算法。该算法克服了阵列非严格部署情况下带来的系统误差,提高了到达角估计精度,并在此基础上设计了加权定位算法来提高定位性能。首先,针对阵列部署带来的误差,本文采用了一种拟合算法来寻找在天线间距或阵列方向上存在的偏移误差,并设计了一种改进的到达角估计算法。该算法结合系统误差,即使在阵列非严格布设的情况下,也能获得高精度的到达角估计值,使当前设计的定位系统对天线的部署具有较强的鲁棒性。进一步地,对得到的每个Ao A估计值进行精确度评估,并在最终的定位算法中赋予不同的权值,以提高定位精度。最后,实验结果表明,所设计的算法能够在阵列非严格部署的情况下依旧保证目标的定位精度。