摘 要

随着定位技术的不断发展，人们在户外使用GPS技术可以获取精准定位，然而在室内由于障碍物的干扰，GPS技术无法实现定位，此时就需要室内定位技术的辅助。近年来，越来越多的机构和公司投入到室内定位技术的研究中心，其中苹果公式的开发iBeacon功能使得蓝牙定位技术被广泛的关注。在iBeacon的基础之上，开发者能够根据研发的需求开发出基于安卓定位系统。本文所得结果对于蓝牙室内定位有重要的指导意义。

本文基于Android开发出一款APP，能够用于在室内确定智能手机的位置。定位算法采用三边定位法，是基于距离的定位算法中的一种。整个系统中不可避免地会出现噪声，进而造成误差，故引进卡尔曼滤波算法对系统噪声进行过滤。卡尔曼滤波是一种最优化算法，能够得到每一时刻的最优解。

在室内部署好三个iBeacon信标，它们不断广播的数据被智能手机接收后，后端的算法会计算出智能手机的位置。研究结果表明：基于安卓的室内蓝牙定位系统可以得到比较好的定位结果，误差控制在1m左右，基本能够满足室内定位的需求。

关键词：Android；三边定位法；卡尔曼滤波；室内蓝牙定位

Abstract

With the continuous development of positioning technology, people can use GPS technology to obtain precise positioning outdoors. However, GPS technology cannot achieve positioning due to the interference of obstacles indoors. At this time, the assistance of indoor positioning technology is needed. In recent years, more and more institutions and companies have invested in indoor positioning technology research centers. The development of the iBeacon function of Apple's formula has made Bluetooth positioning technology widely concerned. Based on iBeacon, developers can develop an Android-based positioning system according to the needs of research and development. The results obtained in this paper have important guiding significance for Bluetooth indoor positioning.

This article develops an APP based on Android Studio software, which can be used to determine the location of a smartphone indoors. The positioning algorithm uses the trilateral positioning method, which is one of the distance-based positioning algorithms. Noise will inevitably appear in the whole system, which will cause errors. Therefore, the Kalman filter algorithm is introduced to filter the system noise. Kalman filter is an optimization algorithm that can get the optimal solution at every moment.

Three iBeacon beacons are deployed indoors. After their continuously broadcast data is received by the smartphone, the back-end algorithm will calculate the location of the smartphone. The research results show that the Android-based indoor Bluetooth positioning system can obtain relatively good positioning results, with an error control of about 1m, which can basically meet the needs of indoor positioning.

KeyWords：Android Studio; trilateral positioning method; Kalman filter; indoor Bluetooth positioning

目录

摘要 6

第1章 绪论 8

1.1研究背景与研究意义 8

1.2国内外研究现状 8

1.3论文研究内容 9

1.4论文组织架构 9

第2章 室内定位技术研究 11

2.1室内定位 11

2.2室内定位算法 12

2.2.1邻近探测法 12

2.2.2 三边定位算法 12

2.2.3指纹定位算法 13

2.2.4 TDOA定位算法 13

2.3 蓝牙定位技术 14

2.3.1蓝牙定位系统组成 14

2.3.2 iBeacon技术 15

第3章 基于Android的蓝牙定位关键技术 18

3.1 iBeacon蓝牙定位关键技术 18

3.1.1三边测量法的原理 18

3.1.2代码实现 19

3.1.3小结 19

3.2卡尔曼滤波 19

3.2.1定义 19

3.2.2为什么用于定位 20

3.2.3基本假设 20

3.2.4五个公式 20

3.3 基于Android的iBeacon设计与实现 22

第4章 基于Android的蓝牙定位系统的设计与实现 24

4.1系统设计说明 24

4.2 系统数据流结构 25

4.2.1 客户端数据流 25

4.2.2基站节点数据流 25

4.2.3系统结构数据流 25

4.3界面实现 26

第5章 室内定位系统的测试与分析 28

5.1搭建室内定位系统 28

5.2 参数测量 28

5.3 室内定位系统测试 29

第6章 总结和展望 31

6.1 总结 31

6.2 展望 31

参考文献 32

致谢 33

第1章 绪论

1.1研究背景与研究意义

室内定位指在室内环境中实现位置定位，主要采用无线通讯、基站定位、惯导定位等多种技术集成形成一套室内位置定位体系，从而实现人员、物体等目标在室内空间中的位置监控。[1]

随着高度智能化不断发展，智慧停车场、智慧社区、智慧展厅逐步进入大众的视野，而这些技术都依赖于室内定位。在户外，全球导航卫星系统（GlobalNavigationSatelliteSystem,GNSS）能够帮助指导人们的方向，但在室内由于障碍物（如墙壁等）会引起无线电信号发生衰减和散射，无法提供准确的定位服务。所以，室内定位技术更显得不可或缺，常用的室内定位技术有WiFi、蓝牙、蜂窝网络、超宽带等技术，本文主要使用蓝牙技术进行室内定位。

室内定位技术可以应用在十分广泛的场景中，有些学者认为在室内不需要定位和导航，但事实并非如此。室内定位技术在提供智慧型服务的很多场所中都有着很重要的作用，比如地下车库、商店、博物馆和机场等。

1.2国内外研究现状

目前，国内对于室内定位的研究稍晚于国外，并且对于定位技术的研究也很少涉及到蓝牙定位。

2013年9月，苹果公司为其移动设备开发了iBeacon功能，iBeacon技术利用低功耗蓝牙(BLE)技术实现室内定位。利用iBeacon绘制的室内地图精度优于谷歌公司依赖移动通信基站和无线保真（wirelessfidelity,WiFi）等发布的地图。加拿大Calgary大学将WIFI与蓝牙技术融合，再结合传感器以及室内环境特征（如磁场环境等），能够实时、可靠地满足用户室内定位的需求。