基于鞋载航迹推断的自主室内定位多源校准技术研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xulxulo
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近年来,随着我国经济的发展,国内火车站、大型商场、娱乐场所、大型剧院场馆、博物馆、会展中心、体育场馆、写字楼等大型公共建筑迅速增多。这些超大型建筑具有结构复杂、规模大、拥有多层地下室等特点,易导致人员迷失方向的同时也给紧急情况下的应急救援带来了巨大挑战。室内自主定位技术不仅在人员导航和资产跟踪方面发挥作用,同时也在保障公共安全方面发挥重要作用。在无定位基础设施的环境中,随时了解应急救援人员、矿井人员、反恐人员的位置信息不仅能提高救援效率、生产效率、训练效率,而且有助于保障救援或反恐人员的安全。目前面向室内自主定位系统大多采用基于航迹推断的自主定位技术。航迹推断技术使用加速度、陀螺仪以及罗盘,估计目标位置,不需要借助外界基础设施,工作不受气象条件的限制,不需要前期训练工作,仅依赖设备自身就可以自主提供连续位置服务。但是,传感器信号噪声导致定位误差随着时间不断累积,因此,航迹推断技术不具备长期独立高精度定位的能力。  由于室内环境差异性(结构布局、电子设备、建筑材料等)非常大,本文设计多种航迹校准方案,多模校准系统根据用户所处室内环境触发其中一种或多种校准方案来提高室内自主定位精度。本文设计如下校准方案来消除航迹推断累积误差:1)根据同一物理路径地磁轨迹不变性,通过正、反向地磁轨迹匹配实现校准;2)通过加速度计和气压计提取用户在同一楼层行走、上下楼时的加速度特征和气压特征,识别出楼梯、电梯作为Landmark点,并利用Landmark点校准航迹推断结果;3)根据同一物理路径Wi-Fi信号轨迹相似性校准航迹推断结果;4)当用户在窗户等地机会性获得卫星信号时,根据建筑物的坐标和户型结构对多模卫星定位结果进行修正,利用修正后的卫星定位结果校准航迹推断结果;5)移动智能终端利用其内置的光传感器感知LED光照强度及闪烁频率,根据闪烁频率识别不同的LED灯,并利用LED灯校准航迹推断结果。本文还将研究多源校准结果如何有效融合,有效消除航迹推断累积误差,以提高定位精度及系统鲁棒性。  在Android平台实现校准算法及融合框架验证系统,在办公环境和商场等大型、典型室内环境下,获得理想的校准效果,有效消除航迹推断累积误差,定位精度大幅提升。
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