智能手机协同室内定位技术研究

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随着社会发展的需要,室内定位问题已经成为亟待解决的重要问题,发展准确、可靠、实时、普适的室内定位技术,具有重要的科学意义与社会应用价值。此外,随着智能手机上的传感器在丰富度、质量等方面的不断提升,智能手机的环境感知能力越来越强,同时人们已经习惯通过智能手机来获取位置信息,因此,发展基于智能手机的室内定位技术具有得天独厚的优势。不同于较为常见的基于单一定位终端、采用指纹匹配或空间交会算法进行室内定位技术研究,本文将突破点着眼于多部定位终端相互协同、多种定位算法相互融合的智能手机协同室内定位技术。本文所做的主要工作和取得的成果如下:(1)设计了不同终端之间的基于蓝牙信号接收强度的距离量化策略:详细分析了影响蓝牙4.0/5.0接收信号强度的因素且给出了对应的处理策略,并对不同类型终端之间的蓝牙信号强度信息进行了统计分析。除了受到环境的影响,蓝牙信号强度还与接收端、发射端硬件设备以及蓝牙天线增益有关,这些因素在定位计算时必须考虑。此外,不同类型终端之间的蓝牙信号具有类似的传播规律,这给本文采用同一类无线信号传播衰减模型进行距离量化提供了理论支撑。综合上述因素,本文用实测数据对比分析两种常见的无线信号传播衰减模型,选取衰减因子模型作为蓝牙信号距离量化模型,对不同类型终端之间的蓝牙信号强度观测值进行距离量化,得到终端之间的量化距离协同观测量。(2)提出了多部智能手机定位终端之间的协同室内定位算法:针对单终端室内定位精度不高、鲁棒性差的问题,本文提出了一种综合利用单终端指纹匹配定位结果、终端之间距离协同观测量进行位置计算的端端协同室内定位方法。该算法在单终端Wi Fi/蓝牙指纹匹配定位结果的基础上,加入不同终端(包括智能手机终端和位置已知的蓝牙信标终端)之间的蓝牙信号量化距离信息,并且考虑了不同种类终端之间的差异性问题,构造了精细化随机模型,完成位置参数计算。实验结果表明,相较于单终端指纹匹配定位算法,该协同定位算法可提高定位精度20%~30%,且定位系统的鲁棒性也得到提升。(3)完成了基于智能手机的端端协同室内定位系统方案设计与开发:本文设计了协同室内定位系统方案,并开发了一套协同定位原型系统用于算法验证与分析。具体工作内容包括,基于Android平台开发室内定位APP,基于Windows平台完成定位服务器的搭建,并对开发的协同定位原型系统进行大量实验,验证了本文提出的协同定位算法的有效性和协同定位系统的可靠性。
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