基于广义RBF神经网络的室内定位算法研究

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随着科技发展,定位技术发展越来越快,几乎延伸到了各行各业,人们对定位要求越来越精准,仅凭借全球定位系统(Global Position System,GPS)的室外定位已经无法满足人们需求。因为移动通讯设备和Wi-Fi信号的广泛覆盖,基于Wi-Fi的室内定位算法凭借其成本低、定位精度高且无需其他外设等优点,逐渐成为现阶段的研究热点之一。该定位方法在定位收集信号的过程中,基于Wi-Fi的室内定位仅依靠信号接受强度指示(Received Signal Strength Indication,RSSI)就可以完成定位,但由于障碍物遮挡、环境变化等多重因素引起的时效性、多径效应等问题,RSSI信号存在误差,在极大程度上影响着室内定位的精度。因此,对基于Wi-Fi的室内定位研究十分必要。
  首先,针对指纹信号的时效性问题,对同一地点不同时刻的指纹信息进行高斯分布函数优化后,针对指纹数据采集过程中,多重外界因素干扰问题,对收集到的RSSI信号进行卡尔曼滤波、自适应卡尔曼滤波、粒子滤波分别处理,去除部分无效数据后,重新写入指纹数据库。实验证明,经过高斯分布函数优化指纹数据库后,再通过自适应卡尔曼滤波处理数据效果更好,得到的结果更加拟合原始数据,有效的减少了时效性对指纹数据的影响。
  其次,对定位区域进行分区并对指纹数据进行聚类。针对单一聚类算法存在的多种问题,提出一种基于KWAP_KNN的分区聚类算法。首先,结合信号发射装置和实际定位环境进行区域粗划分,之后通过K-means聚类对该方法中未覆盖节点及交叉节点进行聚类,得到最新分区结果。区域划分之后,通过熵值法对仿射传播算法(Weight Affinity Propagation Clustering Algorithm,WAP)中偏向参数p进行优化,以进一步提高其聚类的效率,最后通过K最近邻算法(K-Nearest Neighbor,KNN)算法得到粗定位结果。实验结果证明,区域划分后,KWAP_KNN算法得到的粗定位结果更准确,定位精度可达到1.8m左右。
  最后,获得粗定位结果后,为提高室内定位的精度,提出一种基于WAP的广义RBF神经网络修正算法(WAP-based Generalized RBF Neural Network,WAP_GRBF),通过WAP_GRBF算法对离线数据和粗定位结果进行训练,对定位误差结果不断进行修正。在线阶段,当接收到一组未知指纹数据,通过分区聚类算法确定粗定位结果后,通过优化后的神经网络模型不断进行误差修正,以得到最后的定位结果。实验结果表明,通过基于WAP的广义RBF神经网络训练后,可以有效减少室内定位的误差,且经过该算法修正后,93%以上节点的误差都小于2m,最终平均定位精度在1m左右。
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