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基于Wi-Fi信道状态信息的自适应测距与定位方法研究

归档日期:06-10       文本归类:定位信道      文章编辑:爱尚语录

  随着智能手机等移动终端设备的快速发展,以智能手机为代表的智能设备已成为“万物互联”的基础,虚拟现实、智能家居等先进科技产物提升了人们衣食住行的体验,构筑了个性化、智能化的应用和服务场景。其中基于位置的服务(Location-Based Service,LBS)给人们的日常生活及工作带来了极大的便利。由于人们绝大部分的定位需求发生在室内,使得室内定位技术受到越来越多研究者们的高度关注。随着Wi-Fi技术的不断发展以及具备Wi-Fi功能的设备的大范围普及,利用Wi-Fi信号进行室内定位已成为室内定位研究领域一个主流分支。本文主要研究了 Wi-Fi网络环境下基于几何映射的室内定位问题。由于目标的移动,Wi-Fi信号在不同布局的室内环境中常会遭受不同程度的干扰,导致定位结果受环境变化影响比较明显。为应对这一问题,本文研究利用信道状态信息(Channel State Information,CSI)结合无线信号传播衰减模型设计实现了自适应室内环境变化的定位方法。在Wi-Fi网络环境下,与本文所提出的自适应定位方法相比,已有的基于指纹的定位方法往往需要耗费大量的人力物力成本;已有的基于菲涅尔区理论模型的定位方法通常要求收发天线之间不能存在阻挡物,其约束条件较强,适用范围较小;此外,基于到达角的室内定位方法的计算复杂度较高。本文主要内容与贡献包括两个方面:通过分析解读Wi-Fi信号CSI所蕴含的细粒度信道状态特征,研究实现了基于CSI的自适应测距方法。本文首先利用CSI检测收发设备之间LOS(Line-Of-Sight,LOS)路径阻挡状态,并依据LOS检测结果提出了路径损耗模型的自适应补偿方法;同时为了更好地利用CSI频率分集特性,本文提出了 CSI分段融合方法,将CSI沿其子载波方向分段融合形成多组有效CSI用于距离计算;最后,通过仿真实验展示了本文所提出的测距方法可根据环境的动态变化实现自适应测距。在自适应测距的基础之上,研究实现了基于CSI的自适应定位方法。当Wi-Fi网络中存在多个(3个)AP(Access Point,AP)节点时,本文提出使用目标与AP之间的LOS信号强度和测距结果,综合筛选得到最优AP集合;之后利用最优AP的测距结果和几何定位算法推导得到待定位目标的自适应定位坐标。同时,为了提高定位精度,本文提出利用目标与AP之间的LOS信号强度对定位结果进行误差修正。最后,仿真实验结果表明了本自适应定位方法具有较好的精度及鲁棒性。与传统的基于无线信号传播衰减模型的室内定位方法相比,本文提出的基于CSI的自适应测距及定位方法由于融入了上述多种技术手段,表现出了更好的测量精度和更强的环境适应能力。

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