基于Wi-Fi信道状态信息的室内定位与跟踪

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中文摘要：随着移动通信技术的迅速发展和无线设备的大规模普及，各种基于位置的服务(Location-BasedService,LBS)越来越多地出现在人们的日常生活中，而准确的位置信息是高质量LBS的前提。目前，室外卫星定位技术已相对成熟，但室内定位仍面临诸多问题。针对室内卫星信号弱、环境复杂的情况，出现了基于计算机视觉、专用雷达、地磁、Wi-Fi等的室内定位方案，而Wi-Fi因其广泛的部署以及无需用户佩戴专用设备的优势脱颖而出。Wi-Fi定位主要涉及两种信号:接收信号强度指示(ReceivedSignalStrengthIndicator,RSSI)和信道状态信息(ChannelStateInformation,CSI)。其中，CSI包含比RSSI更多的信息且更加稳定，定位精度普遍优于RSSI。因此，本文面向室内场景，对基于Wi-FiCSI的人员静态定位和动态跟踪进行研究。本文的主要研究内容如下: 对于单链路单目标且目标不佩戴任何设备的室内静态场景，本文提出了基于区分子载波宽度学习系统(BroadLearningSystem,BLS)和改进朴素贝叶斯的室内静态定位方案。该方案的研究点集中于两方面:区分子载波的BLS和改进朴素贝叶斯算法。区分子载波BLS将CSI幅度按子载波进行分组，不同组的CSI幅度采用不同的权重系数进行映射，与原来将所有数据合并处理的方式相比，进一步缩短了训练时间，同时有一定的精度提升。改进朴素贝叶斯算法首先在基于幅度朴素贝叶斯算法的指纹数据库中添加不同位置的系数与特征向量;然后，引入去噪后的CSI相位信息进行定位;最后，通过置信度融合幅度与相位的定位结果。在实测数据集上，本文提出的指纹定位方案相较于已有的BLS和基于幅度的朴素贝叶斯定位方案精度有明显提升，在6m×5m的会议室场景中，平均定位误差为0.805m。本文进一步对目标运动的室内动态场景进行研究，提出了一种单人运动下的室内动态跟踪方案。该方案首先利用不同天线CSI做商估计多普勒频移(DopplerFrequencyShift,DFS)和飞行时间。然后，对现有室内跟踪多参数联合估计的空间交替广义最大化算法(SpaceAlternatingGeneralizedExpectationMaximization,SAGE)进行改进，将CSI商计算得到的DFS作为SAGE算法目标径的DFS,并且在迭代过程中保持不变。最后，介绍了采用无迹卡尔曼滤波跟踪目标的方法。实验结果表明，在本文搭建的环境下，平均跟踪误差为0.779m,特定场景为0.488m。综上所述，本文针对室内单链路单目标且目标不佩戴任何设备的定位跟踪问题，提出了相应的定位跟踪方案。实验结果表明，本文方案可以达到一个比较好的定位跟踪精度，且相较于对比方案都有显著性能提升。

作者：

王学梅

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关键词：

室内定位 Wi-Fi感知信道状态信息单链路多普勒频移

授予学位：

硕士

学科专业：

信息与通信工程

导师：

艾渤

学位年度：

2023

学位授予单位：

北京交通大学

语种：

中文

中图分类号：