基于路径损耗的WiFi室内定位系统

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随着智能化和物联网时代的到来,位置服务也正以一种崭新的模式迈进人们的日常生活。目前,GPS和北斗卫星导航系统民用上已经可以实现米级的室外导航定位服务,但室内捕获到的微弱卫星信号并不足以完成室内定位服务。但人大部分时间又都在室内度过,因此高精度低成本的室内定位服务研究前景十分可观。WiFi室内定位技术主要利用无线信号与距离之间的衰减关系求解位置,无需额外的硬件设备,利用大型商场、办公楼等室内环境下已布置好的AP即可实现定位。但是在复杂的室内环境下WiFi的RSSI会受到室内布局、人员密度和多径效应等因素的影响,这对于精确的信号传播损耗模型的构建带来难度。因此,高精度的WiFi室内定位是一项具有实用性和挑战性的研究课题。本文主要研究基于路径损耗模型的WiFi室内定位系统方法。首先介绍了指纹匹配和路径损耗模型两种方法的定位原理,指出了这两种定位方法的差异所在。为了更好的研究路径损耗模型,利用控制变量法采集多组数据分析了人、不同室内隔断材料、其他AP和AP摆放的高度这四个因素对RSSI的影响。为了实现高精度定位的WiFi室内定位系统,主要是从构建路径损耗模型方式和定位算法切入。本文分析了不同损耗因子对传统路径损耗模型的影响,结果验证传统的模型并不适用于复杂的室内环境。在比较分析BP神经网络和RBF神经网络的结构和性能后,选择RBF构建路径损耗模型,并详细介绍了其原理和构建方法,同时仿真验证了此构建方式更加贴切的描述了RSSI-Distance之间的衰减关系。常见的定位算法主要有三边及三角定位、最小二乘法以及双曲线定位这三种,本文详细分析了这三种算法的原理。在常见算法和泰勒级数展开的理论基础上,针对定位精度较低的问题,提出一种相应的改进方法。此优化方法综合考虑到距离越近RSSI越大和一次定位总是会存在较大误差两方面,整个定位过程中先对RSSI进行排序,再分组计算估计坐标形成定位圈,以其质心坐标作为最终的定位结果,并仿真验证了其有效性和可行性。最后,在Android平台下实现了基于WiFi的室内定位系统,该系统基于客户端/服务器模式。该系统通过将像素点坐标转换为wev墨卡托投影坐标系制作电子地图,在客户端完成数据采集和地图显示,服务器端完成数据处理、定位算法等逻辑操作。该APP可以提供实时、相对准确的定位,并可以将待定位点的位置在电子地图上显示。为了使APP功能更加多样化,还添加了模拟路径规划和模拟导航等功能。
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