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基于BLE的3D室内定位系统的设计与实现

郭星  
【摘要】:室内定位系统的研究有着多年的历史,国内外已经开展了多项使用红外、射频、超声、Wi Fi等无线短程通信方式进行室内定位方法的研究,并部署了一些室内定位系统。但是,高造价、高功耗以及对环境和专用设备的要求,使得这些系统无法大规模的推广使用。近几年,蓝牙4.0技术在传输距离、功耗等指标方面取得较大进展,尤其是集成蓝牙4.0模块智能手机的大规模推广,为室内定位的研究提供了新的契机。基于此,本文研究了基于蓝牙4.0技术与智能手机的室内定位系统,对其中的定位方法软硬件与3D地图进行了研究与开发,论文主要工作如下:(1)设计并实现了基于BLE的位置指纹室内定位系统。系统利用智能手机与iBeacon基站协同完成数据采集和处理的过程,位置指纹识别采用K近邻算法匹配计算位置相似度。同时考虑智能手机的计算压力,本系统将计算量大的工作交给服务器来处理,智能手机只负责信息采集与结果展示,有效的降低了系统的维护成本,提高了系统响应速度。(2)设计并实现了基于iBeacon技术的定位基站软硬件。基站的硬件以TICC2540芯片为核心,设计并实现了完整的基站硬件,并在其中使用了PCB倒F天线和巴伦匹配电路来维持天线的辐射效率,使其发射功率更加稳定。软件方面在CC2540协议栈的基础上,自定义了通用唯一标识符,改进其数据响应结构,使基站符合iBeacon标识标准,进一步降低功耗并便于后期的维护升级。(3)设计并实现了智能手机端三维地图的展示与交互。为改变传统二维地图显示不直观的问题,采用VTK与智能手机融合的技术,进行三维地图建模和显示,用户可以流畅的与地图进行交互,较好的改善了用户体验。本系统使用上述技术能在实际应用中比较准确的进行定位,通过对实验室内部进行基站部署与测试,在该条件下,基站的1米处的发射功率基本稳定在-59dBm左右,定位精度在1.5米左右,可以满足基本的室内定位要求。


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