基于多模无线定位技术的行人室内外导航方案研究

发布时间：2017-09-15 21:18

  本文关键词：基于多模无线定位技术的行人室内外导航方案研究

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【摘要】：随着智能手机的普及以及移动互联网的发展,人们对于室内外导航的服务需求也日益增加。由于室外定位技术的成熟,导航技术的重点主要集中在室内外场景的切换技术和室内定位技术上。虽然Wi-Fi技术、RFID技术和蓝牙等技术使得室内定位得到很大的发展,现阶段围绕室内定位的研究依然集中在提高室内定位的精度上。 精确的室内定位对于公共安全、商业应用以及军事应用都具有非常重要的意义。然而室内环境非常复杂,信号传播会受到墙壁、隔板、天花板等障碍物的阻挡,引起信号发生反射、折射、衍射现象,发射信号经过多条路径、以不同的时间到达接收端,出现多径传播现象和非视距效应,使得室内定位极具挑战性。 基于以上问题,本文采用以终端传感器为定位方式的行人航位推算算法(Pedestrian Dead Reckoning, PDR)作为融合算法的主算法。该算法主要利用终端传感器收集加速度、磁场强度、设备角速度等传感器数据,利用姿态估计、有限状态机、主成分分析算法(Principal Component Analysis, PCA)、动态时间规整算法(Dynamic Time Warping, DTW)对数据进行降噪处理并提取行人运动的步数、步长、方向从而计算行人的位移矢量。 由于传感器的误差是随时间累积的,本文引入室内地标作为融合算法的辅助算法对PDR积累误差进行校准。室内地标是利用建筑物的室内特征(电梯、楼梯、Wi-Fi指纹、声音指纹等)标记室内坐标,在行人经过地标区域时可以直接获取当前坐标从而避免了PDR算法误差的持续积累。 本文在Android平台上设计实现了传感器数据和Wi-Fi数据的收集系统,并利用Java语言实现各算法模块。通过对传感器数据的处理,本文给出了PDR+室内地标融合算法的效果评估并分析了依然存在的问题。
【关键词】：行人航位推算 状态机 地标 传感器 动态时间规整
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN92
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 研究目标11
• 1.3 研究现状和主要问题11-13
• 1.4 主要研究内容13
• 1.5 论文组织结构13-16
• 第二章 室内外导航方案综述及分析16-24
• 2.1 定位技术综述16-17
• 2.2 定位技术中的参数定义和简介17-19
• 2.3 室内定位技术术语19-21
• 2.4 基本测量方法21-22
• 2.5 定位方法介绍22-23
• 2.6 本章小结23-24
• 第三章 多模室内定位方案设计24-32
• 3.1 Wi-Fi定位24-27
• 3.2 声波定位方案27-29
• 3.2.1 传统超声波方案27
• 3.2.2 超声波指纹方案27-29
• 3.3 多模室内定位29-30
• 3.4 本章小结30-32
• 第四章 航位推算算法的介绍及研究32-54
• 4.1 航位推算算法32
• 4.2 行人航位推算算法32-33
• 4.3 步数检测33-41
• 4.3.1 特征分析33-35
• 4.3.2 地理坐标和机载坐标35
• 4.3.3 重力投影35-38
• 4.3.4 有限状态机38
• 4.3.5 动态时间规整38-40
• 4.3.6 检测流程40-41
• 4.4 步长检测41-44
• 4.4.1 步长检测算法介绍41-42
• 4.4.2 步频检测42-44
• 4.4.3 行人数据收集44
• 4.5 方向检测44-53
• 4.5.1 欧拉角介绍45-46
• 4.5.2 四元数46-48
• 4.5.3 PCA算法48-49
• 4.5.4 方向算法实现49-53
• 4.6 本章小结53-54
• 第五章 室内地标的方案研究54-64
• 5.1 室内地标简述54-55
• 5.2 室内地标聚类的数学方法研究55-56
• 5.2.1 室内地标聚类方法概述55
• 5.2.2 K-means聚类算法原理55-56
• 5.3 室内地标分类56-57
• 5.3.1 固定室内地标56
• 5.3.2 非固定室内地标56-57
• 5.4 基于Wi-Fi的室内地标57
• 5.5 基于传感器的室内地标57-59
• 5.5.1 升降电梯58
• 5.5.2 楼梯58-59
• 5.6 基于声音节点的室内地标59-60
• 5.7 室内地标的学习60-62
• 5.8 本章小结62-64
• 第六章 室内外融合方案研究64-70
• 6.1 室内外场景检测64
• 6.2 室内定位平台的实现及过程64-65
• 6.3 实验结果及分析65-69
• 6.3.1 步数检测实验分析66-67
• 6.3.2 方向检测试验分析67-68
• 6.3.3 定位评测68-69
• 6.4 本章小结69-70
• 第七章 总结与展望70-72
• 7.1 工作总结70-71
• 7.2 不足与展望71-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-78
• 攻读学位期间发表的学术论文目录78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 王千;王成;冯振元;叶金凤;;K-means聚类算法研究综述[J];电子设计工程;2012年07期

2 卢恒惠;刘兴川;张超;林孝康;;基于三角形与位置指纹识别算法的WiFi定位比较[J];移动通信;2010年10期

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本文编号：858941