基于蓝牙/地磁/PDR融合的智能手机室内定位算法研究

作     者：马培兴 

作者单位：桂林理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王玫

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 

主      题：室内定位 行人航迹推测 蓝牙 地磁匹配 卡尔曼滤波 

摘      要：随着位置服务需求由室外延伸至室内,位置感知在室内人员追踪、路径规划、物品寻找等方面具有重要的应用意义。由于建筑物遮挡和信号衰减,卫星导航信号无法应用于室内中,所以寻找其他可替代信号满足室内定位和导航的需求成为研究热点。随着智能终端的普及,室内分布的众多智能终端和智能手机内置的传感器为实现基于智能手机的室内定位算法创造了客观条件和技术条件。因此本文主要研究内容包括:（1）针对PDR累积误差问题,本文研究了基于地图信息约束和蓝牙测距纠偏的PDR定位算法。其中为了降低信号波动对蓝牙测距纠偏精度的影响,提出并改进了一种基于信号峰值检测的蓝牙测距纠偏方法。该方法首先根据PDR位置信息和蓝牙部署的几何关系筛选纠偏蓝牙,然后根据信号变化趋势引入自适应阈值检测纠偏蓝牙的真实信号峰值,最后采用改进的单基站蓝牙峰值纠偏法对PDR估计位置进行纠偏。此外,结合室内地图信息,根据估计轨迹与墙体碰撞的情况设计不同的地图约束和修正,优化轨迹。实验结果表明,经蓝牙测距纠偏、地图信息约束后PDR的平均定位误差为1.79m,与未蓝牙测距纠偏、未地图信息约束的PDR,仅地图信息约束的PDR,仅蓝牙测距纠偏的PDR相比,定位精度分别提升59.32%、31.15%、12.68%。（2）针对PDR步长误差和地磁全局模糊匹配的问题,使用卡尔曼滤波融合经蓝牙测距纠偏与地图信息约束的PDR和改进DTW的定位结果。其中,为了降低地磁匹配的计算量,提出并改进了基于序列构建的DTW地磁匹配定位算法。该方法首先以PDR新估计位置为中心约束待选匹配点集的范围,然后根据地图信息约束、融合估计轨迹和待选匹配点集构建基准地磁指纹序列。在定位过程中,通过提前剔除不可能最优的匹配序列降低计算量,使在不同序列长度下DTW的单步匹配时间降低了52%～66%。实验结果表明,本文融合方法的平均定位精度为0.85m,定位误差能稳定在1.5m内,与经蓝牙测距纠偏、地图信息约束的PDR方法和改进的DTW方法相比,本文融合方法的平均定位精度分别提升了52.51%和24.78%。实验结果表明,在室内走廊场景中。本文所提方法能有效降低PDR的累积误差,提升地磁匹配效率,获得较好的室内定位精度。