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随着通信技术和无线网络的蓬勃发展,人们对室内定位的需求与日俱增。确定室内环境下用户的位置信息越来越受到人们的关注。然而,由于室内环境的特殊性,如拐角及障碍物较多,多径衰落非常严重,非视距传播普遍存在等,使得室内定位技术成为新的研究热点和难点。
针对现有室内定位系统存在的问题,本文设计了基于ZigBee技术的室内定位系统,探索能够实现建筑物内人员精确定位的方法和实现技术,重点研究了基于信号强度(RSSI)的室内定位算法。设计的系统达到了预期的要求,系统的定位精度可以满足室内人员等移动目标的定位要求。本文取得了以下几个方面的研究成果:
1、介绍各种经典定位算法和室内无线传播模型,分析了环境因素对室内无线传播模型中参数A和n的影响。采用线性回归分析对模型中参数进行优化,找到符合实际环境的参数值。通过实验验证,线性回归分析得到参数能很好地反应真实环境下信号传播情况。
2、分析室内信号强度分布的规律,得出信号强度的分布近似于高斯分布,采用高斯滤波对信号强度进行滤波处理。通过与均值滤波模型对比,高斯滤波具有很大的优势。在实际应用中,为了保证当前信号强度与前一时刻的信号强度偏差不能太大,对滤波后的信号强度做一个加权处理,即当前时刻的信号强度值等于前一时刻的信号强度值与当前时刻滤波后的信号强度值的加权的和。
3、分析了原有室内定位算法,采用泰勒级数展开式来提高定位的精度。由于初始值的不同对泰勒级数展开式的迭代次数产生很大的影响,在选择初始值的算法上,采用了改进的三边测量法来进行初始位置的估计。与传统的三边测量法相比,相同的精度下计算量更小。最后通过仿真实验验证,改进的三边测量法与泰勒级数展开式相协同的定位算法能很好地提高定位精度。
4、利用TI公司的CC2431ZDK定位系统开发平台,以走廊为应用场景进行实测实验,完成了定位算法的实现。相比系统自带的定位算法,定位精度得到了提高,证明了本文算法的优越性。