【摘 要】
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在当今高科技背景下,电子工艺和传感器技术发展迅速,智能手机等移动设备广泛普及,人们正以此为契机应用室内环境下基于位置的服务。室内定位在当今社会具有良好的发展前景,在商业区域内,其帮助用户获取自己的位置并规划行进路线;在工业场景下,其帮助管理人员定位设备与物资,方便工业调度;在灾难现场里,其帮助消防员及时获取待援助人员的位置。到目前为止,一些传统室内定位技术已经发展得比较成熟。其中,声音定位技术,以
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在当今高科技背景下,电子工艺和传感器技术发展迅速,智能手机等移动设备广泛普及,人们正以此为契机应用室内环境下基于位置的服务。室内定位在当今社会具有良好的发展前景,在商业区域内,其帮助用户获取自己的位置并规划行进路线;在工业场景下,其帮助管理人员定位设备与物资,方便工业调度;在灾难现场里,其帮助消防员及时获取待援助人员的位置。到目前为止,一些传统室内定位技术已经发展得比较成熟。其中,声音定位技术,以及行人航位推算技术近年来受到了广泛关注。声学室内定位技术具备良好的定位精度;行人航位推算技术独立性高,其不受环境干扰。然而,成熟技术的背后仍存在着一些局限性,当长时间工作时,行人航位推算技术难以保证定位准确度,其量测误差会随时间累积;而基于声音信号的室内定位,其在室内环境的定位容易产生偶然误差,这将导致定位性能下降。为此,本文研究了融合定位的相关方法,讨论了以声学定位和行人航位推算为基础的融合室内定位系统的设计与实现。首先,本文从智能手机声学室内定位和行人航位推算相关技术两方面开展研究。在声音定位方面,研究了当前的声音信号检测方法以及定位原理,并基于异步被动式结构设计了声音定位方案;在行人航位推算方面,为了保证航迹推算的可靠性,对智能手机传感器数据进行了预处理,对传统步态检测方法进行了优化,并基于融合滤波方法进行方向估计,利用TDOA定位修正了PDR的累积误差。最后基于前述方法设计了整体航迹推算定位方案。其次,本文基于粒子滤波算法框架将声音定位技术与PDR技术融合,该方法的特点是利用了声音信号和智能手机IMU数据等多个数据源,将两种技术的量测值融合输入粒子滤波框架,并构建约束关系以达到对目标的最优估计。最后,本文基于融合定位方案进行了系统实现,采用客户端服务器结构设计,保证了系统的可扩展性,分别基于Android、Windows和Arm Linux平台完成了系统的客户端、服务器与锚节点端的实现。并于室内场景进行了系统试验,从声音信号检测、声音信号定位、行人航位推算和融合定位等多方面展开试验,实验结果表明,本文的融合定位系统整体性能良好,融合定位方法克服了声音定位和行人航位推算等单一定位技术中的局限性,改善了定位性能。
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