基于蓝牙与PDR融合的智能手机室内定位与跟踪算法研究

发布时间：2020-02-23 22:15

【摘要】：随着互联网的快速发展和智能手机的普及,人们对基于位置服务(Location-Based Service,LBS)的需求逐渐增加,它在民生、商业、军事等领域获得广泛应用,特别是基于智能手机的LBS应用更是得到快速发展。LBS关键在于准确获得用户实时位置,尽管手机可以通过全球定位系统(Global Positioning System,GPS)获得室外定位服务,但是在室内环境下,由于建筑物遮挡,无法有效接收GPS信号,进而无法利用GPS进行定位,因此高精度的智能手机室内定位一直是定位领域的热点和难题。针对高精度室内定位问题,本文重点研究了基于蓝牙接收信号强度(Received Signal Strength,RSS)的定位算法和基于步行者航位推测(Pedestrian Dead Reckoning,PDR)的室内定位算法,在此基础上提出一个基于蓝牙与PDR融合的智能手机高精度室内定位与跟踪算法。本文主要工作如下:首先,本文提出一种基于概率投票的蓝牙定位算法。该算法利用蓝牙RSS来确定智能手机离蓝牙信标距离的概率。通过多个蓝牙信标将定位区域划分为多个不同的投票区域并依照概率进行投票,取最大票数的区域作为智能手机的定位结果。实验表明,最大概率投票法能有效减少RSS不稳定对定位精度的影响,相比于最小二乘定位算法,最大概率投票法在噪声标准差为5时,平均定位误差降低57.3%,在噪声标准差为10时,平均定位误差降低68.3%。此外,本文还在基于概率投票的蓝牙定位算法基础之上,提出利用多用户协同定位进一步提升定位精度。其次,本文提出一种蓝牙与PDR融合的定位与轨迹跟踪算法。该算法将蓝牙概率投票算法与PDR进行融合:首先,利用蓝牙RSS确定出智能手机的初始位置;其次,在智能手机移动过程中,利用PDR进行定位;然后,在PDR定位结果周边搜索蓝牙RSS票数最大区域;最后,对PDR和蓝牙RSS的定位结果进行融合,并修正PDR的参数。实际测试结果表明,本文提出的融合定位算法相比于PDR算法,定位误差降低39%;相比于蓝牙RSS概率投票算法,定位误差降低59.1%;与基于WLAN指纹+PDR的融合室内定位算法相比,本文在定位精度好于它们的同时,还不需要指纹定位算法的离线工作量。最后,为验证本文算法的可行性与实用性,本文将上述算法在智能手机上进行了实现,并开发了一套完整的室内定位演示系统。该系统包含蓝牙信标节点、Android客户端、定位服务器三个部分。该系统运用本文所提出的蓝牙与PDR融合定位算法,对智能手机进行实时定位,并为手机用户提供室内定位、导航、信息推送等功能。通过实际环境测试,该定位演示系统能满足室内定位与位置服务的需求,系统定位精度为1.81米。
【图文】：

分布图,蓝牙,分布图,定位技术

第 2 章室内定位技术概述室内环境下 RSS 的特点，分析了 RSS 测距存在的问题，，定位技术，主要包括几何定位技术、指纹定位技术、步最后在总结几种定位技术的基础上，介绍几种评价室内定点环境极为复杂[16-17]，即使在固定的位置上，由于多径效度也是不断变化的。通常情况下，RSS 既包含直达波的信号经过多径到达接收机是复杂的叠加过程，叠加的结信号减弱，这和多径的相位有关。因此，室内定位的最起的多径效应，多径效应直接导致了 RSS 的不稳定性和

指纹,定位算法

图 2.5 指纹定位算法纹定位[29-38]分为分为离线和在线阶段。离线阶段采集不同室内位置的 RSS 指纹，并据库；在线阶段利用采集到的 RSS 指纹与数据库中的指纹进行比对，选取数据库中指纹的位置作为定位结果；指纹定位方法的关键在于在线阶段的匹配算法，即如何中的大量指纹中快速并准确找到最匹配的指纹。献[29]利用压缩感知技术处理 RSS，提出了基于 RSS 数据预处理和范数优化的定位献[30]利用主成分分析进行定位特征提取，去除特征分量之间的相关性，降低计算并提高定位精度；文献[31]提出 DHP 提出 DHP(dynamic hybrid projection)方法对主和重判别分析进行优势互补。文献[32]提出 RSS 空间 k 最近邻法，每次接收 RSS 向指纹数据库，找出与实时 RSS 向量最接近的 k 条指纹，将这些指纹所对应的采样点均值作为定位结果。文献[33]在空间 k 最近邻法的基础上，提出了两种对最接近指加权的策略，通过加权 k 近邻来提高定位精度。文献[34]利用卡尔曼滤波提高了指稳定性和精度。文献[35] 提出一种基于 Dempster-Shafer 证据理论的定位方法，ster-Shafer 证据理论在描述信息源和信息融合方面的优势与指纹定位结合，提高了定
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN925;TN929.53

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