基于WiFi和地磁信号融合的室内定位技术研究

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1、工程硕士学位论文基于WiFi和地磁信号融合的室内定位技术研究作者姓名卿婷婷工程领域控制工程校内指导教师张梅副教授校外指导教师李胜高级工程师所在学院自动化科学与工程学院论文提交日期2018年3月ResearchonindoorpositioningtechnologyoffusionbasedonWiFisignalsandmagneticfieldADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：QingTingtingSupervisor：AssociateProf.Zhang

2、MeiSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TP278学校代号：10561学号：201521013665华南理工大学硕士学位论文基于WiFi和地磁信号融合的室内定位技术研究作者姓名：卿婷婷指导教师姓名、职称：张梅、副教授申请学位级别：工程硕士工程领域名称：控制工程论文形式：□产品研发□工程设计□√应用研究□工程/项目管理□调研报告研究方向：室内定位论文提交日期：2018年3月6日论文答辩日期：2018年3月22日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成

3、员：主席：胡战虎委员：胥布工游林儒陈立定吴忻生摘要随着经济的快速发展，高楼大厦拔地而起，室内活动空间不断扩大并且室内地形也越来越复杂，人们对室内定位的需求越来越强烈。现有的单一定位技术在定位成本、定位精度和定位稳定性等方面存在缺陷，因此将多种定位技术结合已经成为室内定位的主流方向。考虑到WiFi信号在全局区域内分辨性较强，以及地磁信号在时间维度上具有稳定性，本文针对WiFi和地磁信号融合的室内定位技术进行研究，主要的研究内容如下：第一，室内WiFi和地磁信号分析。从时间维度上信号的稳定性、空间维度的差异性、终端方向、终端类型和高度等

4、五个方面，分析室内WiFi信号和地磁信号的特性。实验结果表明，WiFi信号在空间维度上具有差异性，且位置分辨性较强，但在时间维度上具有波动性，并会受到终端方向、终端类型和高度的影响。相比而言，地磁信号在时间维度上相对稳定，但在空间维度上位置分辨性较低，并且同样受到终端类型的影响。第二，基于压缩感知的重建WiFi指纹库算法。利用压缩感知方法在少量位置上重新收集的WiFi信号变化值作为观测信号，通过采样位置间的欧式距离和WiFi信号强度差值构建了测量矩阵，提出了正交匹配跟踪算法重新构建指纹库，通过对重新采样的位置数量、位置间距和终端类型

5、三个方面进行了实验分析，验证了该重建算法的可行性。第三，基于隐马尔可夫模型的融合室内定位算法。在步伐检测方面，通过对加速度信号进行动态阈值检测的基础上，结合地磁信号对超过加速度阈值的步伐进行二次检测，减小了身体摇晃导致的计步错误，同时提高了在不同行走速度下计步的鲁棒性。针对地磁信号较低的位置分辨性，提出了将地磁信号进行序列化使得地磁信息增加到多维，提高地磁信号的位置分辨性，同时利用余旋相似度对序列化的地磁信号进行匹配，克服不同终端的地磁信号差异性。最后，引入隐马尔可夫模型，将强分辨性的WiFi信号和稳定性的地磁信号进行融合定位，在初

6、始概率分布矩阵中引入WiFi信号进行粗定位，观测概率矩阵加入基于步数序列化的地磁信号进行二次匹配，前向算法利用模型的三要素不断进行迭代，从而获得行人的位置。实验结果表明，该算法提高了定位稳定性和定位精度。关键字：室内定位；压缩感知；序列化地磁；隐马尔可夫模型IAbstractWiththerapideconomicdevelopment,varioushigh-risebuildingshavebeenbuiltup.Inaddition,indoorspacehasbeenexpanding,andindoorterrainhas

7、becomemoreandmorecomplicated.Sothedemandofindoorpositioningalsobecomesmoreurgent.Astheexistingsinglepositioningtechnologyhasdisadvantagesinpositioningcost,positioningaccuracyandpositioningstability,thecombinationofmultiplepositioningtechnologyhasbecomethemaindirectiono

8、findoorpositioning.Consideringthestrong-discernibilityWiFisignalsintheglobalareaandthestablemagneticfield,thispaperst