位置信息在人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ髦械膽?yīng)用越來越廣泛。準(zhǔn)確、可靠、穩(wěn)定的室內(nèi)定位技術(shù)在智能感知、安全監(jiān)管、物流運輸?shù)阮I(lǐng)域中發(fā)揮日益重要的作用,是實現(xiàn)精細(xì)化管理和基于位置服務(wù)的前提和關(guān)鍵。然而受環(huán)境因素、障礙物遮擋、傳感器熱噪聲等影響,現(xiàn)有的室內(nèi)定位在實際應(yīng)用中仍然有一些亟待解決的關(guān)鍵性問題。(1)基于指紋庫匹配的室內(nèi)定位技術(shù)在復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境中具有較高的穩(wěn)定性而受到越來越多的關(guān)注。然而如何能夠有效降低構(gòu)建指紋庫耗費的大量人力和時間成本,已經(jīng)成為基于指紋庫匹配的定位方法首要解決的問題。(2)在基于無線技術(shù)的室內(nèi)定位中,當(dāng)被測對象在可視(LOS)和非可視(NLOS)混合的環(huán)境中移動時候,接收信號強度的波動會引起大的定位偏差,如何能夠有效的對兩種不同的環(huán)境切換進行辨識和降低定位誤差是提高無線定位穩(wěn)定性的一個關(guān)鍵性問題。(3)在復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境中,如何有效的結(jié)合無線技術(shù)和微機電(MEMS)傳感器的優(yōu)勢在低成本、低功耗的基礎(chǔ)上實現(xiàn)一種準(zhǔn)確、穩(wěn)定的定位方案一直是定位領(lǐng)域內(nèi)研究的熱點和難題。本論文在室內(nèi)定位中數(shù)據(jù)庫構(gòu)建成本、穩(wěn)定性、定位精度三個關(guān)鍵性問題研究的基礎(chǔ)上,采用理論研究、算法仿真與實地驗證并重的研究方法,提出了一種融合無線射頻識別(RFID)與運動傳感器、磁敏傳感器的低成本、穩(wěn)定、準(zhǔn)確的室內(nèi)定位方案,平均定位精度可達(dá)1.96米,且定位結(jié)果穩(wěn)定、平滑。主要貢獻歸納為以下3點:1)提出了一種特征指紋庫的自動構(gòu)建和更新方法,降低了室內(nèi)定位中指紋庫構(gòu)建的時間和人力成本。本文提出了一種基于群智感知方法的融合RFID、行人航跡推算(PDR)和磁場匹配(MM)三種技術(shù)的指紋庫自動構(gòu)建和更新的方法。實驗表明所獲得的指紋數(shù)據(jù)庫被證明具有與人工標(biāo)注的數(shù)據(jù)庫相當(dāng)?shù)臏?zhǔn)確度。與人工標(biāo)定的指紋庫相比,算法執(zhí)行200分鐘后,接收信號強度RSS的指紋庫的相似性達(dá)75%,磁場特征的數(shù)據(jù)庫相似度達(dá)90%。2)提出了LOS/NLOS混合環(huán)境下定位誤差的消減方法,提高了室內(nèi)定位方法的位置估計的穩(wěn)定性。本文主要對三個方面進行了改進:慣性測量單元(IMU)輔助的RSS濾波、IMU輔助的LOS/NLOS環(huán)境分辨和NLOS誤差消減。同時,本文計算了提出方法的克拉美羅下限(CRLB),從理論上證明提出的方法要明顯優(yōu)于僅使用RSS信息進行位置估計的精度。實驗結(jié)果顯示兩種不同環(huán)境切換識別的可靠性平均達(dá)95%,并能夠有效的對NLOS引起的誤差進行消減。3)提出了一種基于RFID和多傳感器融合的室內(nèi)定位方法,提高了室內(nèi)定位方法的定位精度。充分的利用了RFID,PDR和MM技術(shù)的互補特性,實現(xiàn)了從粗粒度到細(xì)粒度的逐步細(xì)化的定位方法。本文將室內(nèi)環(huán)境中不同的定位區(qū)域形態(tài)抽象成走廊模型和局部空間模型。在不同的環(huán)境模型中使用相應(yīng)的定位模型實現(xiàn)準(zhǔn)確和有針對性的定位。實驗表明,提出的方法的平均誤差可達(dá)1.96m,比單獨RFID指紋定位的方法和磁場匹配的方法分別提高了175%和82.6%。
【學(xué)位單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP391.44;TP212.9
【部分圖文】：

后通過功率距離模型、近鄰匹配或者指紋庫匹配等方法來獲得該標(biāo)簽的。由于 RFID 技術(shù)應(yīng)用的普遍性，使用 RFID 進行定位的研究也越來越圖 2-1 為 RFID 技術(shù)用于室內(nèi)定位時與其他無線技術(shù)的對比圖[107]。圖中用的無線定位技術(shù)從功耗、定位準(zhǔn)確度、價格進行了對比。為了更直觀比，將每一種技術(shù)的三個方面分別進行 1-5 分打分。對于功耗而言，越意味著功耗越高。而對于定位精度而言，越高的分?jǐn)?shù)意味著精度越高。而言，越高的分?jǐn)?shù)意味著此技術(shù)需要更高的價格，對于需要布設(shè)外圍設(shè)，由于外圍設(shè)備布設(shè)屬于一次性的，所以長期來看，布設(shè)的外圍設(shè)備的入系統(tǒng)成本中計算。如圖 2-3 所示，UWB 的定位精度最高，其成本也功耗居中。WiFi 由于其成本不需要計 AP 的成本，所以總體系統(tǒng)成本較 的定位精度居中，功耗和價格都比較低，在定位精度不要求高精度的場合適的選擇。

基于 RFID、慣性傳感器、磁場特征的室內(nèi)定位關(guān)鍵技術(shù)研究3.2.1 傳感器的校準(zhǔn)（1）運動傳感器的校準(zhǔn)由于運動傳感器具有零點漂移的問題，長時間的使用會由于累積誤差使得測量值出現(xiàn)大的偏差，所以在每次用于數(shù)據(jù)采集之前均需要對傳感器進行校準(zhǔn)。運動傳感器主要包括加速度傳感器和陀螺儀，雖然兩個傳感器不同，但是兩者的校準(zhǔn)方式都相似，所以本節(jié)主要介紹加速度傳感器的校準(zhǔn)方法。在傳感器校準(zhǔn)前，將加速度模塊保持水平而且靜止。加速度傳感器校準(zhǔn)軟件界面如圖 3-2 所示，其中 X,Y,Z 分別代表三個不同的方向。等采集的數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，分別讀取 x 方向，y方向和 z 方向的數(shù)據(jù)，并將讀取到的值作為零偏的校準(zhǔn)值。

圖 3-3 磁場傳感器的校準(zhǔn)圖3.2.2 數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理本章使用的標(biāo)簽除了包括 RFID 射頻部分，還包括加速度傳感器、陀螺儀和磁敏傳感器。當(dāng)攜帶標(biāo)簽的人員在定位區(qū)域內(nèi)行走時，相應(yīng)采集到的數(shù)據(jù)信息（運動傳感器數(shù)據(jù)和磁場信息）由標(biāo)簽發(fā)送給有源讀寫器，同時有源讀寫器獲取到信號的 RSS，并將獲取到的原始數(shù)據(jù)傳送到后臺進行相應(yīng)的信息處理。（1）RSS 數(shù)據(jù)采集和濾波RSS 信號容易受到信號反射、多徑的影響發(fā)生波動，為了更有效的對 RSS進行處理，首先要對收集到的 RSS 進行濾波。首先為了選取合適的濾波方式，本節(jié)采集了圖 3-1 所示定位區(qū)域中標(biāo)簽位于 p1 點時讀寫器 5 接收到的 RSS 值，進行 RSS 統(tǒng)計并繪圖，如圖 3-4 所示，RSS 的分布服從兩邊少，向中間集中的
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本文編號：2837595