异构无线系统室内外无缝定位技术研究

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1、博士学位论文异构无线系统室内外无缝定位技术研究HETEROGENEOUSWIRELESSSYSTEMSBASEDSEAMLESSPOSITIONINGTECHNOLOGIES邹德岳哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：TN914,TN918学校代码：10213国际图书分类号：654密级：公开工学博士学位论文异构无线系统室内外无缝定位技术研究博士研究生：邹德岳导师：孟维晓教授申请学位：工学博士学科：信息与通信工程所在单位：电子与信息工程学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN914,T

2、N918U.D.C:654DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringHETEROGENEOUSWIRELESSSYSTEMSBASEDSEAMLESSPOSITIONINGTECHNOLOGIESCandidate：ZouDeyueSupervisor：Prof.MengWeixiaoAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：InformationandCommunicationEngineeringAffiliation：S

3、choolofElectronicsandInformationEngineeringDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要导航定位是无线服务新的增长点，而无缝定位是导航定位服务当前的发展趋势。公众对于基于位置信息服务（LocationBasedServices，LBS）的需求越发强烈，定位技术急需打破由应用场景不同而造成的壁垒，通过各种技术手段形成无缝定位技术，更好地适应未来LBS发展的需求。目前室外定位技术基

4、本成熟，以全球卫星导航系统（GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS）为基础的LBS服务已经在很大程度上满足了民用领域的室外导航服务。但在室内或城市峡谷等复杂环境下，GNSS技术尚不能提供可靠的定位服务。因此，室内等高遮挡环境一度被认为是定位服务的盲区，因而无缝定位的研究也一度局限于室内定位技术研究。近年来，室内定位技术成为研究热点，大量室内定位技术的涌现为室内LBS提供了丰富的技术选择，甚至部分室内定位技术已经开始进行商用尝试。但由于室内定位和室外定位是各自独立发展的，二者存在着先天的缝隙。在此背景下室内等

5、复杂场景和室外等开阔场景间的缝隙就成为了无缝定位技术研究中的新焦点。如何构造室内外无缝衔接的定位导航系统，成为无缝定位技术的最后一个瓶颈。本课题首先分析了室内外导航技术的现状，尤其对无缝定位技术的发展路线进行了分析。结合室内和室外环境下的现有定位技术的发展状况，对无缝定位技术的进一步发展方向进行了总结。确定了将异构定位系统进行融合构建无缝定位体系的策略，以最大化地利用现有的定位系统资源。将课题目标定位为，解决室内环境下的指纹图建设成本问题；设计定位系统间的切换策略，以支持异构无缝定位系统；将指纹定位的应用环境扩展到室外，弥补城市峡谷场景下的

6、GNSS服务盲区。文中对研究中所需要涉及到的背景理论进行了介绍。明确了指纹定位的工作机理，以及指纹图自主建立技术的基本原理。同时也对切换算法的常用手段进行了总结。由于室内定位目前仍然没有完全成熟，尚没有能够在该场景下稳定工作的定位系统。本文首先对此传统的定位盲区进行研究。研究指出指纹定位技术有效地利用了室内等复杂环境的特点，有望成为未来室内场景主要的定位技术手段。针对指纹定位中指纹图的建立和维护这一关键问题，本研究提出了一种自生长式的指纹图自主建立算法。算法基于志愿者上传数据，不断扩大指纹图的覆盖面积。同时提出了一种基于KNN算法的指纹图提

7、取策略作为-I-哈尔滨工业大学博士学位论文基于参与式感知指纹图建立手段的核心技术。经过对不同的指纹图提取算法进行对比分析表明KNN算法在指纹图提取算法中具有更大的应用价值。在室内外定位技术的衔接问题上，本课题对定位系统间的切换技术也进行了分析。结合定位系统本身的特点，研究中分析了切换的切换区设置问题、切换触发问题、切换判决等问题。针对指纹定位系统，本课题分别提出定位精度估计算法和基于欧氏距离的切换策略，形成系统间切换和边缘切换的体系。为扩大指纹定位技术的应用范围，提高无缝定位技术的鲁棒性。本文对开阔场景下使用指纹定位的技术难点进行了分析。研

8、究发现，环境变化导致的偶发性大幅定位误差是限制指纹定位在空旷场景应用的主要因素。针对开阔场景下指纹定位所面临的挑战，研究中给出了自适应特征空间定位算法和基于运动特征约束的跟踪算法