wifi室内定位关键技术研究

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1、WiFi室内定位关键技术研究第1章绪论1.1研究背景与意义近年来，随着互联网与智能移动终端的高速发展和普及，市场对定位导航的需求日益增加，基于位置服务（LocationBasedService,LBS）扮演越来越重要的角色。而如何确定当前目标所在位置是其首要问题，因此定位技术受到极大的关注。根据场景不同，定位技术主要分为室外定位技术和室内定位技术。在室外环境下，GPS（GlobalPositioningSystem）技术[1]能够很好的满足定位的需求。GPS是由美国部署的定位系统，它主要依靠运行在约20000km高空上的24颗卫星提供定位服务。作为最普遍使用的定位系统，GPS利用射频信号到达时

2、间法进行定位，根据雷达信号传播的时间差来计算接收器终端与每颗卫星的距离，再根据三边定位法计算出接收器终端的位置，精度可以达到10m左右。其它国家也有部署类似的定位系统，例如中国的北斗卫星导航系统(BeiDouNavigationSatelliteSystem,BDS)、俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统（GlobalNavigationSatelliteSystem,GLONSS）。但是，由于室内环境复杂，GPS技术往往无法应用在室内环境[2]。室内环境下定位技术的主要研究成果都是在近二十年取得，因此该领域的研究和商业开发均处于新兴蓬勃发展的阶段，到目前为止还没有哪一种技术能解决所有室内定位问题。近

3、年来许多室内定位技术呈百花争鸣的状态，包括室内GPS技术、传感器设备、红外线技术、超声波技术、射频技术等[3]。不同的技术方案具有不同的优缺点，至今仍没有哪一种技术方案能完全代替其它的技术方案。室内定位技术已经成为最为热门的研究领域之一。一套室内定位系统必须能让移动设备具备感知自己所处位置的功能，并且可以够根据所得的位置信息延伸至其它的服务，例如导航、追踪、监控等。在实际生活中，室内定位技术的应用市场非常巨大。室内定位对于城市居民来说越来越重要，例如在超级商场，通过获得消费者个人位置信息和目标商品位置信息，进行路线指引，实现智能导购；在突发灾难中，通过室内定位，引导救援人员以最快速度解救大楼内

4、被困人员[4]；在大型展馆中，通过室内定位技术引导游客参观感兴趣的项目；在地下停车场，帮助车主快速寻找空车位等。在商业、交通、社交、工业、救援等领域，室内定位技术都拥有非常广泛的应用前景。....1.2国内外研究现状国内外信息技术领域经过二十多年的研发，已有多种室内定位方案得以应用并在不断完善中，主要可分为以下几类：由SnapTrack公司提供的辅助全球定位系统（AssistedGlobalPositioningSystem,A-GPS）服务，可以克服传统GPS技术的缺陷，从而能在室内环境下提供定位服务。AGPS[6]通过位置服务器结合GPS与蜂窝基站的信息，计算出终端的位置。通过位置服务器与

5、蜂窝基站的定位信息，能够弥补GPS信号在室内的缺陷，在室内环境也能提供定位服务。早在上世纪九十年代，美国Acrsecond公司就在GPS系统的启发下，开发了IndoorGPS[7]，使用伪卫星（红外脉冲激光发射器）代替卫星的作用。接收器接收到信号并通过无线网络发送到中央控制服务器，最后中央控制服务器使用研发的软件对信号进行测量和处理，得到位置信息。一般情况下，伪卫星信号被设计成与GPS信号相类似，这样伪卫星接收器可以通过GPS接收器经过较小的改造而来。如同在GPS系统一样，在没有附属的条件下，一般需要四颗伪卫星才能达到定位效果。由于部署麻烦、成本昂贵，IndoorGPS主要应用于飞机制造、航天

6、制造和工业测量等领域。.....第2章定位算法与地图匹配算法综述2.1室内定位算法几何法是指根据几何学原理来推算目标的位置，主要是三边定位法。例如GPS就是利用这一类方法进行目标定位。三边定位法是基于测距的定位方法，根据定位目标与多个参考点的距离，使用几何方法得到定位目标的估计位置。在二维空间中，至少需要三个不共线的参考点，才可以唯一确定定位目标的位置。在基于WLAN的室内定位系统中，采用无线路由器，即无线接入点（WirelessAccessPoint，以下简称AP）作为参考点。参考点AP与定位目标的距离正比于信号传播时间，据此易求得参考点AP与定位目标的距离，主要方法有TOA、TDOA等[4

7、2]。此类方法需要知道至少三个参考点AP的确切位置坐标，这个必要条件对于变动性较高的室内定位来说，无疑显得有点苛刻，因而这类技术通常是难以实现的。场景分析法是先在特定场景中采集场景特征，形成场景特征数据库。定位时，将实时采集到的特征与场景特征数据库进行匹配，进而估算出定位目标的位置。在室内定位中，场景分析法通常使用信号强度作为捕捉的场景特征，也就是基于接收信号强度(ReceivedSignalSt