基于位置指纹的Wi-Fi室内定位技术研究

发布时间：2017-09-27 14:34

  本文关键词：基于位置指纹的Wi-Fi室内定位技术研究

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【摘要】：随着人们对基于位置服务的需求的日益增加,室内无线定位技术成为了一个研究热点。Wi-Fi定位技术由于定位成本低、应用操作方便且精度基本可以满足人们的定位需求,是目前主流的室内定位技术。基于位置指纹的Wi-Fi定位技术使用一个AP即可实现定位,适用场合更广。针对不同的室内环境,本文对该技术定位精度的影响因素进行了研究。考虑到室内环境的复杂性,选取了三种具有代表性的实验场景。场景一是一段狭长的过道,用于模拟室内过道环境；场景二是一间教室,用于模拟室内办公环境；场景三是一个过道拐角,用于模拟室内角落环境。首先,基于传统的K近邻算法和VaS算法,给出了两种新的匹配算法。一种是使用曼哈顿距离作为距离度量,曼哈顿距离计算的是向量各个维度上差值的绝对值之和。另一种是使用马氏距离作为距离度量,马氏距离将样本空间的统计特性考虑在内。定位时选择距离最近的K个参考点位置的均值作为最终的定位结果。前者在三种场景下的定位精度均比传统的K近邻算法高,最多可达10%；后者在场景二和场景三等干扰较少的定位环境下,定位精度最多比传统的K近邻算法提高了15%。其次,研究了AP数目对定位精度的影响。场景一中使用1个AP定位时,43%的测试用例定位误差在5m之内,场景二和场景三中仅用1个AP定位时,全部的测试用例定位误差均在5m之内。场景一中AP数目从1个增加到3个后,定位误差在5 m之内的测试用例增加了20%；在场景二和场景三的定位环境下,将AP数目从1个增加至4个后,相同定位误差范围内的测试用例增加了5%左右。最后,研究了AP位置对定位精度的影响。在场景三的环境下使用3个相同型号的AP进行定位,AP的部署形式有两种,一是3个AP分别位于一个三角形的顶点,一是3个AP处于一条直线上。前者的定位性能优于后者,其中,平均定位误差比后者低0.5 m左右,最小定位误差的改善可达1 m,但最大定位误差差别不大。总的来说,基于位置指纹的Wi-Fi室内定位技术受到多种因素影响,有条件应尽可能使用处于分散位置的多个AP,并选择鲁棒性好的曼哈顿距离作为匹配指标。在复杂度允许的情况下,还应当适时增加指纹库的规模。
【关键词】：室内定位 Wi-Fi 位置指纹
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN92
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-15
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 国内外研究现状12-13
• 1.3 内容和组织结构13-15
• 2 基于WLAN的室内定位技术15-21
• 2.1 WLAN无线通信技术15-17
• 2.1.1 无线局域网15
• 2.1.2 无线AP15-16
• 2.1.3 WLAN的网络结构16-17
• 2.2 室内定位技术17-19
• 2.3 室内定位方法19-20
• 2.4 本章小结20-21
• 3 实验场景配置与数据采集处理21-29
• 3.1 信号测量客户端21-22
• 3.1.1 客户端开发环境21
• 3.1.2 客户端的实现21-22
• 3.2 实验场景搭建与配置22-24
• 3.3 数据采集与处理24-28
• 3.3.1 信号特性分析24-25
• 3.3.2 指纹数据库25-27
• 3.3.3 测试数据27-28
• 3.4 本章小结28-29
• 4 匹配算法与定位精度的关系29-39
• 4.1 K近邻算法与改进算法29-32
• 4.1.1 位置指纹定位方法29-31
• 4.1.2 匹配算法31-32
• 4.2 算法复杂度分析32-34
• 4.3 算法对定位精度的影响34-38
• 4.3.1 场景一34-35
• 4.3.2 场景二35-36
• 4.3.3 场景三36-38
• 4.4 本章小结38-39
• 5 AP数目与定位精度的关系39-44
• 5.1 AP部署规则39-40
• 5.2 AP数目对定位精度的影响40-42
• 5.2.1 场景一40-41
• 5.2.2 场景二41-42
• 5.2.3 场景三42
• 5.3 最佳AP数目分析42-43
• 5.4 本章小结43-44
• 6 AP位置与定位精度的关系44-50
• 6.1 三角形摆放44-45
• 6.2 直线型摆放45-46
• 6.3 摆放位置对定位精度的影响46-48
• 6.4 本章小结48-50
• 7 结论50-52
• 参考文献52-55
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果55-57
• 学位论文数据集57

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本文编号：930209