基于动态APs的Wi-Fi室内定位方法研究

摘要

本课题来源于中国科学院重庆绿色智能技术研究院的项目“智慧国博”移动会展平台系统开发。当前，阻碍Wi-Fi室内定位技术的广泛应用的最大瓶颈问题是精度不高。针对这个问题，本文提出了动态APs（Access Points）的Wi-Fi室内定位方法。理论和实验表明，该算法能达到较好的定位性能。
　　首先，介绍了国内外现状和研究思路。介绍了室内定位、基于Wi-Fi的三角形定位和基于Wi-Fi的指纹法定位的基本概念和相关内容的国内外现状。三角形法是一种计算量较小的经典定位方法，但是误差较大，而位置指纹法定位精度较高而计算量较大。研究表明，将两者有效的结合起来会是种定位效果较理想的新算法。
　　然后，建立了RSS（Received Signal Strength）模型。根据现场的测试结果，修正了RSS的对数距离路径损耗模型，给出了路径损耗系数n和噪声方差范围。
　　其次，讨论动态 APs的Wi-Fi室内定位方法。在分析传统位置指纹法与三角形定位法的基础上，按照传统的方法根据现场场景建立了位置指纹库并建立了改进的位置指纹定位的理论模型。利用上述理论模型，本文讨论了不同的匹配算法，噪声强度和AP的数量（指纹矢量的维数）对定位精度和计算量的影响，从而得到最优的定位算法：首先以某个AP对某个参考点的RSS的值估计系统的噪声强度，然后利用三角形法估计出初始位置，并得到需要匹配的最大参考点数目，再利用3NN匹配算法和最优AP数量进行精确定位。最后比较了不同RSS的噪声强度情况下，改进的位置指纹法与传统位置指纹法的定位精度与定位时间。
　　最后，现场测试表明，在RSS的噪声标准差不高于7dB时，4.45米定位误差范围内累积概率达到75％可以满足项目的要求。
　　总之，本论文建立了RSS模型，按照传统指纹定位的方法根据现场场景建立了位置指纹库和位置指纹定位的理论模型。提出了动态 APs的 Wi-Fi室内定位方法。工程测试表明，在RSS的噪声标准差不高于7dB时，该算法可明显提高定位精度。可以预见，随着相关硬件条件的改进，定位精度还会提高。

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1 绪 论

1.1研究背景

1.2研究意义

1.3国内外研究现状

1.4技术难点

1.5 本文的主要研究内容以及章节安排

2 RSS的对数距离路径损耗模型

2.1典型的室内传播模型

2.2基于RSS的对数距离路径损耗模型的建立

2.3本章小结

3 动态AP的Wi-Fi室内定位算法

3.1基于Wi-Fi的位置指纹法

3.2三角形定位算法

3.3改进的位置指纹法定位流程

3.4指纹库的建立

3.5 改进的定位算法仿真

3.6本章小结

4 改进的算法的验证

4.1测试环境

4.2定位算法的实现

4.3定位结果及分析

4.4本章小结

5 总结与展望

5.1总结

5.2未来的工作

致谢

参考文献

附录

A.作者在攻读学位期间发表的论文与专利目录

B.作者在攻读学位期间参与的项目