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基于Android手机的室内定位技术研究与实现

徐伟  
【摘要】:室内定位是指当人或者物体在室内时,获取其位置信息的定位技术。由于GPS(Global Positioning System)全球定位系统在全世界的普及,室外定位技术已经非常成熟,但是,在室内接收的GPS信号非常微弱,甚至接收不到,故室内定位需要采用新技术。目前,可用于室内定位的技术有很多,包括RFID、蓝牙、红外、UWB、 ZigBee、WiFi和行人航迹推算PDR(Pedestrian Dead Reckoning)技术等。行人航迹推算PDR技术是一种基于传感器信息计算行人相对位置的定位技术,它首先通过加速度传感器检测行人的步数并估算出步长,然后通过磁阻传感器和陀螺仪计算出行人的方位角,最后获取人体移动的相对位置从而实现定位。相较于其他室内定位方法,行人航迹推算PDR不受外界环境影响,定位精度较高,但只能获取相对位置信息,且存在累积误差;而WiFi定位是基于设备接收到的WiFi热点的信号强度,来计算物体的位置信息,因此通过WiFi定位可获取绝对位置信息,可用来减小PDR定位累积误差,但是WiFi定位精度易受外界环境的影响。因此本文使用行人航迹推算PDR和WiFi联合定位技术,实现高精度和高稳定性的室内定位。此外,由于WiFi热点已经广泛存在于室内空间,因此此种联合定位方式一般不需要额外布置其他硬件设备。 现在,智能手机越来越普及,WiFi成了必备功能,大多数智能手机也内置了加速度传感器和磁阻传感器,少数手机还内置了陀螺仪和气压计,因此直接使用智能手机实现室内定位成为了研究热点。本文以Android智能手机XIAOMI M1作为硬件平台,设计并实现了行人航迹推算PDR和WiFi联合室内定位系统。首先,在Android手机上设计并实现WiFi室内定位;然后,基于Android手机平台设计并实现行人航迹推算PDR技术,并提出新的步长估计算法以提高定位精度;最后,提出行人航迹推算PDR和WiFi联合室内定位技术的融合策略,并用实验验证。本文主要研究的内容和实现的工作有: (1)在WiFi网络基础上,研究和设计了基于Android手机平台的室内定位技术,并搭建基于WiFi定位的服务器; (2)研究和实现了基于Android平台的行人航迹推算PDR技术; (3)提出新的步长估计算法,并设计实验验证其提高了步长估算的精度; (4)提出行人航迹推算PDR和WiFi联合的室内定位技术的融合策略,并设计实验验证。


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