基于Wi-Fi和基站信号强度的室内定位系统设计与实现.pdf

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1、DOI：10．3969／j．issn．1001—3824．2012．06．006基于wi．Fi和基站信号强度的室内定位系统设计与实现夏英，万建斌，刘素彤，刘兆宏(重庆邮电大学空间信息系统研究中心，重庆400065)摘要：分析了现有的室内定位技术，对室内定位信号测量技术、位置估算技术、定位采用的信号以及典型的室内定位系统作了详细阐述。提出了基于wi—Fi和基站信号强度的室内定位系统架构，并从功能实现和软件架构2个方面说明了该系统的组成，最后经实验证明该系统能够实现及时稳定的室内定位和位置服务。关键词：基于位置服务；Wi—Fi；室内定位；定位算法中图分类号：TP391文献标识码：A文章

2、编号：1005-3824(2012)06-0021-05复杂，基于精确测量信号的TOA并不适用。而RSS0引言测量基于信号衰减原理，即信号在空中传播时，随着智能终端日益普及，社会对定位导航等位信号强度随着传播距离的增加而规律性衰减。在置服务的需求日益强烈。但是受定位终端以及复基于RSS的定位系统中，如果已知发送节点的发射杂室内环境等条件的限制，现有室内定位技术无论信号强度，接收节点就可以根据接收到的信号强度是定位精度还是实用性方面都还不能满足实际应以及路径损耗传播模型计算出它们之间的距离。用的需求。智能手机的迅速普及为室内定位系统这几种定位技术中，TOA和TDOA虽然可以实现的发展

3、提供了新的契机，其强大的信号接收功能使高精度定位，但由于被测信号的传播速度较快，为了精多种信号的集成利用成为可能。确地获取相关时间数据，系统对硬件设备要求较高。本文在分析各种室内定位技术和应用系统的TOA要求节点问保持精确的时间同步，而TDOA消除基础上，利用智能手机接收到的信号，探讨基于wi—了对于时间基准的依赖性，降低了系统的成本。AOAFi和基站信号强度的室内定位技术及服务系统架定位不仅提供目标节点的坐标，而且可以表示节点构，以实现及时稳定的室内定位，并为室内位置服之问的方位信息j，但是AOA测量技术易受外界影务的提供奠定基础。响，当目标节点距离天线阵列较远时，定位角度的微小

4、偏差会导致定位线性距离的较大误差。RSS定1室内定位技术位不需要额外的硬件设备，但RSS定位需要预先建立位置和信号强度之间的映射关系。当参考节点1．1室内定位信号测量技术移动时，需要重新建立映射关系，这不利于定位系室内定位系统通常利用被测信号的电波传播时统的部署和扩展。间(timeofarrival，TOA)、到达时间差(timedifference1．2室内位置估算技术ofarrival，TDOA)、信号强度(receivedsignalstrength，RSS)等来钡4定发送节点和接收节点之间的距离¨；位置估算是根据被测信号的相关参数，对目标利用传播信号的到达角度(angleo

5、farrival，AOA)确节点的位置坐标进行估算的方法。位置估算方法定发送节点和接收节点之间的空间角度关系。TOA主要包括三角定位J、指纹定位和基于移动网络表示信号在发送节点和接收节点之间的传播时间，的定位技术。反映了两者之间的距离。但由于室内传播环境三角定位算法主要通过目标节点和参考节点之间的几何关系来确定位置。三角定位可以细分为收稿日期：2012-06—23边测量法和角测量法。边测量法是通过测量目标节一21—点到多个参考节点的距离来确定目标节点的位置坐围大、无需布线、传输速率快和发射功率小的技术标；角测量法是通过目标节点与多个参考节点之间的优势。目前的笔记本电脑、PDA、智能

6、手机等终端除角度来确定位置。基于三角形算法的室内定位算法了支持3G通信，也大都支持wi—Fi技术，而且大型有着工作量小、方便快捷的优点，但其很大程度上依室内场所内的Wi．Fi网络正在逐步部署。综合利用赖于确定的参考点位置信息及准确的信号传输损耗3G基站和Wi．Fi信号进行室内定位，可以弥补GPS模型。然而，在现实中获知所有参考点的位置信息并在建筑群密集或者室内应用的限制，扩大位置服务不现实，更重要的是由于环境差异，不同位置信号损的应用行业和范围、降低部署成本、提高设备利用耗差异很大且难以确定，因此，基于三角形算法的无率，具有重要的社会意义。线定位在具体实施中困难重重。1．4典型室内

7、定位系统分析而在指纹定位算法中，位置指纹定位的实施可在大型购物中心人流量巨大的复杂室内环境中，以分为2个阶段：第一阶段为离线训练阶段，主要工高质量的基于位置的服务越来越受到用户重视。基作是采集所需定位区域各参考节点(referencepoint，于这种不断增长的用户需求，各大研究机构纷纷对室RP)位置的信号特征参数，例如信号场强、多径相角内定位技术进行了研究和开发。如由Microsoft研究分量功率等，形成位置指纹数据库。在该阶段中，小组基于IEEE802．11无线局