摘 要

在科学技术日新月异，经济迅速发展的当今社会，人们对各方面的技术体验要求提高，无线定位技术就是其中一个。

目前室外定位技术基本成熟，比如采用基于人造卫星定位和基于移动运营网的基站等定位技术，但由于室内环境通常障碍物，干扰源多，它们的定位精度不高，因此并不适用于室内。而在室内场所，网络广泛被广泛使用，布设便捷，通讯快速，可作为室内定位的支持技术。本课题为无线自组网定位新技术的研究，主要就是针对室内定位，通过几种无线组网技术方案比较，笔者最终选定用wifi定位方案，定位过程：客户端侦查周围各个AP的MAC地址（全球唯一），接收同时无线路由器AP发射的RSSI信号，检测强弱（信号强弱反映客户端与不同位置AP之间的距离），然后将MAC地址和信号强弱发送给相应的服务器，服务器利用这些信息数据，同时查询这些预先AP设定好的位置，通过某种（或几种算法融合）定位算法，最终估测出客户端所处的位置。

接下来是定位算法的研究。我深入学习各种定位算法：非距离定位算法包括质心，凸规划，DV-Hop ，APIT 算法和距离式定位算法包括RSSI（信号强度），AOA（到达角度）TOA（到达时间），TDOA（到达时间差）TOF（飞行时间））三边测量定位算法，三角测量法(triangulation)，Bounding-Box 算法以及指纹定位技术。我从最基础的三边测量定位算法入手，弄清原理，分析误差原因，并改进算法。后面我研究了另一种完全不同的方法：指纹定位技术，实现了NN 、KNN 、WKNN 、Bayes算法定位，并且通过实验确定了含有与外界具体环境有关的最佳参数，实现误差最小，最后我尝试改进指纹算法。最终在本次研究的所有方法中选出一种定位精度最高的方法。

关键词：无线定位；WiFI自组网；RSSI；三边定位；指纹定位

Abstract

In the rapid development of science and technology, the rapid development of the economy today, people on all aspects of the technical experience requirements, wireless positioning technology is one of them.

At present, outdoor positioning technology is basically mature, such as the use of satellite positioning based on mobile positioning and base station positioning technology, but because the indoor environment is usually obstacles, interference sources, their positioning accuracy is not high, it does not apply to indoor. In the indoor places, the network is widely used, widely deployed, fast communication, can be used as indoor positioning support technology. This topic is the research of wireless ad hoc network positioning new technology, mainly for indoor positioning, through several wireless networking technology program comparison, the author finally selected with wifi positioning program, positioning process: the client to detect the MAC address of each AP (The only one in the world), receiving the RSSI signal transmitted by the wireless router AP at the same time, detecting the strength (the signal strength reflects the distance between the client and the different AP), and then sending the MAC address and signal strength to the corresponding server, Using these information data, at the same time query the location of these pre-AP settings, through some (or several algorithm fusion) positioning algorithm, and ultimately estimate the location of the client.

The next step is to study the localization algorithm. (APE) algorithm and distance-based localization algorithm include RSSI (Signal Intensity), AOA (Arrival Angle) TOA (arrival time), TDOA (arrival), and so on. Time difference) TOF (flight time) triangulation positioning algorithm, triangulation method, Bounding-Box algorithm and fingerprint positioning technology. I start with the most basic triangulation positioning algorithm, find out the principle, analyze the cause of the error, and improve the algorithm. I have studied another completely different method: fingerprint positioning technology, to achieve the NN, KNN, WKNN, Bayes algorithm positioning, and through experiments to determine the specific environment with the outside of the best parameters, to achieve the smallest error, and finally I Try to improve the fingerprint algorithm. Finally, in this study all the methods to select a positioning accuracy of the highest method.

Key words:Wireless positioning; WiFI ad hoc network; RSSI; trilateral positioning; fingerprint positioning

目录

摘 要 I

Abstract II

1 绪论 1

1.1 论文研究背景和意义 1

1.2 室内无线定位技术研究现状 2

1.3 研究内容 3

1.4研究计划和目标 3

2 WiFi无线自组网定位方法比较 5

2.1 基于距离测量的定位方法 5

2.1.1 到达时间法 TOA 5

2.1.2 到达时间差法 TDOA 5

2.1.3 到达角度法 AOA 6

2.1.4 基于RSSI信号强度的三边定位法 6

2.2 无关距离的定位方法 7

2.2.1 多边形几何质心法 7

2.2.2 基于 RSSI 的指纹定位法 8

2.3 基于 RSSI 的指纹定位匹配算法 9

2.3.1 NNSS算法 9

2.3.2 KNN算法 9

2.3.3 WKNN 算法 10

2.3.4 朴素贝叶斯算法 10

3 三边定位算法研究 13

3.1 三边定位算法局限性分析 13

3.2 改进三边定位算法设计 14

3.2.1用理想条件下的三边定位算法模拟现实环境定位 14

3.2.2三边定位改进方案一：分类思想 15

3.2.3三边定位改进方案二：增加AP数量 16

3.2.4改进三边定位算法思路总结 18

3.3 本章小结 19

4 指纹定位匹配算法研究 20

4.1 NNSS 算法 21

4.2 KNN算法 21

4.3 WKNN 算法 22

4.4 朴素贝叶斯算法 24

4.5 朴素贝叶斯改进算法一 24

4.6朴素贝叶斯改进算法二 26

4.7 贝叶斯定位算法改进心得 27

5 总结与展望 29

5.1总结 29

5.2不足与展望 30

参考文献 31

致谢 32

1 绪论

1.1 论文研究背景和意义

当今社会,数据业务和多媒体业务加快增加,人们对于各种服务的要求在逐渐提高,其中对于在尽可能短的时间内获取准确位置信息的需求日益增大,而另一方面,社会通信技术、互联网技术不断演进发展,伴随移动互联网的基于位置的服务(Location Based Service，LBS)成为当前无线定位技术研究的热点.

无线定位技术给我们的生活带来了极大的便利,定位主要分为室外定位和室内定位.我们平时所熟知的全球定位系统(GPS)就是属于室外定位技术,另外蜂窝无线定位也是室外无线定位的主要技术.这两种技术已经日趋成熟,但是对于室内环境,相对复杂,比如地下停车场,超市,图书馆,地窖,矿井等.不同的建筑物,有不同的室内布置,不同的材料结构,还有尺度也不一样都导致信号的路径损耗而且差别较大.与此同时,建筑的内在结构会引起信号反射,散射,绕射等等造成多径现象,是接收信号的关键参数比如幅度,相位,到达时间等变化,信号在这个过程中会有不同程度的损失,这也加大了室内精准定位的难度.虽然室内定位和室外定位都属于定位,两者有一定的共性,但由于室内定位的复杂性和对定位精度及安全性,使得其不同于普通定位,而且GPS即使技术上可以实现室内定位,但其精确度是远远不够的.因此,室内定位技术和室内定位算法的研究成为了各国工作者的热点.

与集中式无线控制网络不同，无线移动自组网络作为无线通信技术的一种不依赖蜂窝中心基站或者移动交换中心这些基础设施,可以很好的应用于室内定位并且还适用于一些特殊的环境比如偏远地区,部队演习的通信区域还有突发自然灾害地区等没有预先部署基础设施的地方。无线移动自组织网络(GANNET Ad-choc)通信技术可以适应不同的环境,临时迅速自动组网,如Zig Bee，ODMA(Opportunity Driven Multiple Access)等技术。