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《辽宁工业大学》 2018年
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基于蓝牙4.0的室内定位算法与系统技术研究

郝德华  
【摘要】:随着位置服务的广泛应用,室内定位为人们带来了极大便利,故室内定位的商业化将成为必然。但室内环境复杂多变,现有室内定位大都定位成本高,定位精度和覆盖范围有限。而蓝牙4.0的低功耗、低成本、易部署和距离传输远等特点高度符合室内定位的发展趋势,因此本文对蓝牙4.0的传播特性、定位算法和定位系统设计分别进行研究。首先,在室内采集蓝牙信号,分析不同环境因素对蓝牙4.0传播特性的影响,并根据蓝牙4.0实测信号拟合优化传播模型;同时利用高斯滤波算法对RSSI信号进行预处理,以提高RSSI测量精度。其次,针对位置指纹匹配定位算法中离线建库工作量较大的问题,提出了一种基于Pearson相关系数的快速虚拟网格匹配定位算法。首先利用Bounding-Box方法确定初始虚拟网格区域,然后计算RSSI向量和距离对数向量间的Pearson相关系数集,最后选取相关值接近于-1的k个近邻坐标并以相关系数为权值确定未知节点位置。为提高定位速率,结合迭代细分算法进行网格细分。经仿真验证,在高斯环境下算法不仅无需建立指纹数据库,而且具有较高的定位精度和定位速率。再次,针对非视距环境中NLOS误差对定位性能影响严重的问题,提出了一种基于特征点修正的改进PSO定位算法。算法在离线阶段选取少量的特征点并建立指纹数据库;在线定位阶段则利用初始定位估计和特征点指纹对信号传播模型以加权最小二乘算法进行拟合,并对伪距进行差分修正,以提高测距精度;通过对PSO定位算法的适应度函数进行线性化处理,从而完成最终定位估计。仿真结果表明,该算法可有效削弱NLOS误差对定位性能的影响,实现高精度定位,且具有较强的抗噪能力。最后,在室内环境搭建蓝牙4.0定位系统,部署并合理配置蓝牙信标,利用AT指令控制蓝牙4.0模块完成RSSI信号的采集,并针对室内高斯噪声环境和非视距环境分别进行定位实验测试。实验结果表明,定位系统具有较高的定位精度和良好的抗噪声性能,在实际环境中可以满足定位需求。
【学位授予单位】:辽宁工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TN925

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