【摘 要】
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日常生活中,室外环境下的定位服务通常由卫星定位系统提供,美国、中国、俄罗斯、欧盟等国家和组织均自主研制了卫星导航系统。但小区里高楼密集,室内环境里水泥钢筋多,卫星信号难以穿过墙壁完成定位目标,因此基于卫星导航的定位软件仅适合在室外提供精准的定位、导航服务。由于人们对室内环境中定位服务需求的逐年增加,研究人员对室内定位技术展开了研究,并已取得诸多成果,例如基于蓝牙、超宽带、可见光等的定位方法。其中,
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日常生活中,室外环境下的定位服务通常由卫星定位系统提供,美国、中国、俄罗斯、欧盟等国家和组织均自主研制了卫星导航系统。但小区里高楼密集,室内环境里水泥钢筋多,卫星信号难以穿过墙壁完成定位目标,因此基于卫星导航的定位软件仅适合在室外提供精准的定位、导航服务。由于人们对室内环境中定位服务需求的逐年增加,研究人员对室内定位技术展开了研究,并已取得诸多成果,例如基于蓝牙、超宽带、可见光等的定位方法。其中,地磁定位技术因为不依赖于其他基础设施、成本低、定位精度较高的优点,为许多研究人员研究无基础设施环境下的室内定位技术提供了方向。本文针对静态室内环境无基础设施条件下的地磁定位技术,利用磁场信号满足高斯分布这一特点,设计了基于卡尔曼滤波的磁信号降噪处理方法和关于磁场强度数值范围的磁场指纹匹配算法。论文的主要工作包括:(1)采集、分析了静态室内磁场信号的时变性质和空间分布特性,探究了地磁信号作为指纹进行定位的稳定性,以及周围环境变化对地磁指纹的影响。(2)设计了基于小波分析和传统卡尔曼滤波的磁场信号处理方法。利用小波分析在时间和频率两域对待处理信号进行细化分析,估计传感器采集磁场信号过程中的测量噪声和过程噪声;再对两种噪声信号的统计特性进行分析,将噪声信号的均值、方差带入卡尔曼滤波的方程中;最后使用卡尔曼滤波对传感器采集到的原始磁场信号进行降噪处理。仿真实验证明,该方法比小波分析方法具有更优的降噪效果。(3)设计了基于多重约束的磁场匹配算法。根据磁传感器采集到信号服从高斯分布这一特性,该参考点的磁场指纹遵循拉伊达准则,即μ-3σ≤H≤μ+3σ;将待定位的磁场分量与参考点对应磁场分量做差,三轴磁场强度差值均处于误差范围内的参考点记作匹配点。再计算所有匹配点与上一定位点或起始定位点之间的距离,通过前后待定位点间距离约束匹配位置,最终确定匹配点坐标。实验结果证明该匹配算法的定位误差随磁场数据误差范围的减小而减小,将磁场误差设置为3 σ时,约10%的点出现定位误差。
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