室内定位算法的改进及其应用研究

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1、北京工业大学硕士学位论文室内定位算法的改进及其应用研究姓名：李军申请学位级别：硕士专业：模式识别与智能系统指导教师：张会清20090501摘要随着无线通信技术的发展，人们对定位业务的需求越来越多，特别是对室内定位的需求。然而，由于室内环境的特殊性，如拐角及障碍物较多，多径衰落非常严重，非视距传播普遍存在等，使得室内定位技术成为新的研究热点和难点。本文对现有的定位技术进行了分析和研究，尤其对基于ZigBee的室内定位技术进行了分析和研究，主要开展了以下几个方面的研究：第一，提出了基于接收信号强度RSSI和链

2、路质量LQI的测距模型，该模型减小了信号波动带来的距离误差。首先比较了现有的无线信号传播损耗测距模型中的经验模型和确定性模型，从定位的精确度和快速性等方面综合考虑，本文采用了经验模型中的简化模型，并对其进行了如下的改进：通过大量的实验数据研究了RSSI和LQI之间的相关性，提出了改进的基于RSSI和LQI的测距模型。实验结果表明，该模型的测距性能要优于单变量模型，减小了信号波动给测距过程带来的距离误差，具有定位精确度高的优点。第二，提出了用改进的卡尔曼滤波器(KF)对测距模型中的RSSI信号值和LQI信号

3、值进行滤波的方法，该方法减小了信号中的噪声干扰以及非视距误差。针对测距模型中使用的RSSI值和LQI值中存在噪声干扰、非视距(NLOS)误差等问题设计了改进的卡尔曼滤波器，对检测到的信号进行处理，并对滤波前后的波形图进行了比较，‘结果表明，改进后的卡尔曼滤波器可以较好的减小信号传播过程中引入的噪声干扰，尤其是在NLOS环境下，可以减小信号中存在的NLOS误差，达到了较好的滤波效果。第三，对所提出的基于RsSI和LQI测距模型的定位算法进行了仿真。在Matlab7．6环境下搭建了仿真平台来模拟室内环境下的无

4、线定位网络，进行了仿真实验来验证所提出算法的可行性以及定位性能的优劣，并分析了信标节点数目的增加对定位精确度的影响，仿真结果表明，改进后定位算法的定位精确度有了明显的提高，通过增加信标节点的布局密度可以提高系统的定位性能。第四，在TI公司的硬件平台CC2431ZDK上实现了所提出的定位算法。在IAR环境下编写了相关的定位算法程序，并通过Z-Location软件下载到TI公司的硬件平台CC2431ZDK上，最终实现了所提出的定位算法，并分析了信标节点数目的增加对定位精确度的改善。该硬件平台主要包括信标节点，

5、待定位节点和路由节点。实验结果表明，改进后的定位算法比硬件自带定位算法的定位精确度有所提高。关键词：室内定位；RSSI；LQI；Kalman滤波器AbstractWiththedevelopmentofwirelesscommtmicationtechnology,peopleneedmoreandmorelocation‘basedservice，especiallytheindoorlocationbased．However,duetothespecialcharacteristicsoftheind

6、oorenvironment，suchasconstrainedspace，comersandbarriers，theattenuationofsignaltransmission，thefadingofmulti．path,theexistingofnon‘line—of-sight,theresearchmethodofindoorlocationteclulologyistotallydifferentfromoutdoorlocationtechnologyandbecomesanew肌ddiff

7、icultresearchfield．Thispaperintendstoanalyzetheexistingpositioningtechnology,inpattieular,theindoorpositioningbasedonZigBee．Theresearchmainlyfocusesonthefollo、加ngaspects：1．ThemodelbasedonRSSIandLQIhasbeenadvanced，whicheli面natesdistanceerrorscausedbytheflu

8、ctuationsofsignal．Firstofall，itmakesacomparativestudyonexperimentalmodcla11ddeterministicmodelwithintheexistingwirelesssignalpropagationlossmodels．Consideringtheaccuracyandspeed，itusesthesimplifiedmodelofexperime删mo