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一种基于蓝牙峰值纠正的改进PDR定位方法

计算机应用与软件 2022年第6期39卷 40-45,60页

作者：李晓鹏王玫周陬罗丽燕宋浠瑜桂林电子科技大学认知无线电与信息处理教育部重点实验室广西桂林541004 桂林理工大学信息科学与工程学院广西桂林541007

针对行人航迹推算(Pedestrian Dead Reckoning,PDR)存在累积误差的问题,提出一种基于蓝牙峰值纠正的改进PDR定位方法。利用改进的RSS峰值检测法来检测蓝牙基站并用于纠正PDR的位置,根据地标间的距离推测PDR的步长,借助走廊朝向来纠正陀... 详细信息

针对行人航迹推算(Pedestrian Dead Reckoning,PDR)存在累积误差的问题,提出一种基于蓝牙峰值纠正的改进PDR定位方法。利用改进的RSS峰值检测法来检测蓝牙基站并用于纠正PDR的位置,根据地标间的距离推测PDR的步长,借助走廊朝向来纠正陀螺仪的方向。该方法无须建立指纹库或无线信号传播模型,同时省去了离线训练步长模型的过程。实验结果表明,相对于传统PDR,该方法在定位精度上有明显的提高。

关键词：室内定位行人航迹推算蓝牙

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基于RSSI的蓝牙室内定位系统研究

基于RSSI的蓝牙室内定位系统研究

作者：罗钦扬上海电机学院

学位级别：硕士

室内位置服务与无线传感器网络逐渐成为近几年的研究热点,多种室内定位技术层出不穷,随着人们对室内定位技术兴趣的增加,产生了对更精确和更具实时性的定位解决方案的需求。由于室内障碍物多,信号干扰强烈,全球卫星导航(GPS)以及北斗卫... 详细信息

室内位置服务与无线传感器网络逐渐成为近几年的研究热点,多种室内定位技术层出不穷,随着人们对室内定位技术兴趣的增加,产生了对更精确和更具实时性的定位解决方案的需求。由于室内障碍物多,信号干扰强烈,全球卫星导航(GPS)以及北斗卫星定位等技术的定位效果不够理想,蓝牙室内定位作为一种低功耗、低成本、高精度且抗干扰能力强的定位技术正慢慢成为该领域研究重点。本文基于RSSI(Received Signal Strength Indication,接收信号强度指示)蓝牙室内定位算法进行研究,并采用STM32嵌入式板设计基于RSSI的室内定位系统。具体研究内容如下:(1)深入研究室内定位方法与技术,包括基于测距的AOA、TOA以及TDOA方法和基于非测距的RSSI定位方法以及基于红外线定位技术、射频定位技术、蓝牙定位技术等,通过综合考虑选择基于RSSI的蓝牙室内定位技术实现系统功能。(2)由于多径效应与阴影效应对信号造成干扰,接收的蓝牙RSSI极不稳定,需要进行滤波处理,实验对两种滤波算法进行MATLAB仿真与优化,结果得出采用扩展卡尔曼滤波算法进行信号处理的滤波效果最佳。此外,提出多维相似度聚类算法,采用皮尔逊相关系数代替欧氏距离计算两参考点之间相似度,从多维角度完成区域聚类,对k值过于敏感、依赖初始值的问题做了改进,同时减少定位计算量。最后采用WKNN分类算法计算参考点位置,使用两种相关系数对相似度参数加权,完成坐标匹配计算,实现位置信息输出。结果总结得出,本文提出的算法有效提高了室内定位精度。(3)模拟室内环境做定位系统设计,基于STM32嵌入式板搭建室内定位系统,采用蓝牙模块采集RSSI并通过串口上传主控,通过无线通信模块将算法计算定位坐标上传云服务器,最后在浏览器进行坐标折线图绘制,用来提供实时坐标显示以及数据管理。通过结果分析,本文设计的蓝牙室内定位系统定位精度0.245m,定位响应时间2.67s,基本满足实时定位需求,并且能够应用到各种强干扰强屏蔽环境当中作为实时位置监测设备。

关键词： RSSI 蓝牙扩展卡尔曼滤波相似度传播定位系统

基于位置指纹技术的低功耗蓝牙室内定位研究与实现

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基于位置指纹技术的低功耗蓝牙室内定位研究与实现

作者：杨蕊西安科技大学

学位级别：硕士

随着社会生产生活的丰富性,人们对基于位置的服务产生了多元化需求。传统的全球卫星导航系统由于室内环境的复杂性很难满足室内定位的高精度要求;同时伴随着无线通信技术的不断成熟,室内定位技术进入了快速发展时期。其中低功耗蓝牙室... 详细信息

随着社会生产生活的丰富性,人们对基于位置的服务产生了多元化需求。传统的全球卫星导航系统由于室内环境的复杂性很难满足室内定位的高精度要求;同时伴随着无线通信技术的不断成熟,室内定位技术进入了快速发展时期。其中低功耗蓝牙室内定位技术因其低功耗、低成本、易部署等优势受到了研究学者的广泛研究与行业应用。本文研究了室内定位的基本原理与相关定位技术,重点研究了位置指纹技术的定位算法,在位置指纹定位的离线建库阶段与在线定位阶段进行了优化与改进。离线建库阶段,针对室内环境复杂多变和人体阻挡对采集信号值的影响导致建库质量不高的问题,采取信号异常值剔除、多方位均值滤波以及卡尔曼滤波的数据预处理方式,建立方位指纹数据库。在线定位阶段,为了提高定位精度保证定位实时性,针对K-means聚类算法的初始分类中心点的选取以及分类边缘点的计算进行了优化与改进,通过设置阈值选取特征最不相近的K个点作为初始类簇中心,避免了随机初始类簇中心可能造成的局部最优解情况;针对加权K-近邻定位匹配算法中,基于信号强度值的欧氏距离与实际物理距离的差异性问题进行了改进,提出了自适应距离加权K-近邻(ADWKNN)定位算法,算法同时引入欧氏距离与曼哈顿距离,各待定位点通过比较两种距离的标准差,自适应选取距离估算方法,并设置阈值实现K值的动态变化。为验证改进算法的性能,搭建了基于iBeacon的室内定位系统实现基础定位功能,并通过MATLAB仿真对文中的四种算法以及ADWKNN算法进行对比实验。通过仿真实验结果表明,本文提出的自适应距离加权K-近邻改进算法的平均定位精度较文中其余四种定位算法提升了 16.2%-30.7%,并满足了定位的实时性需求,验证了本文整体改进算法的有效性和可行性。

关键词：室内定位蓝牙位置指纹 K-means聚类自适应距离加权K-近邻

基于蓝牙/地磁/PDR融合的智能手机室内定位算法研究

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基于蓝牙/地磁/PDR融合的智能手机室内定位算法研究

作者：马培兴桂林理工大学

学位级别：硕士

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。... 详细信息

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。

关键词：室内定位行人航迹推测蓝牙地磁匹配卡尔曼滤波

基于蓝牙传输的TMS运动诱发电位检测技术研发

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基于蓝牙传输的TMS运动诱发电位检测技术研发

作者：代宁宁兰州交通大学

学位级别：硕士

经颅磁刺激(Transcranial Magnetic Stimulation,TMS)运动诱发电位(Motor Evoked potential,MEP)检测是一种用于诊断和监测神经系统活动功能的神经电生理学无创检测技术,可用于研究皮质脊髓束的完整性及运动皮质和前角α运动神经元的兴... 详细信息

经颅磁刺激(Transcranial Magnetic Stimulation,TMS)运动诱发电位(Motor Evoked potential,MEP)检测是一种用于诊断和监测神经系统活动功能的神经电生理学无创检测技术,可用于研究皮质脊髓束的完整性及运动皮质和前角α运动神经元的兴奋性,对运动和康复医学研究具有重要临床指导意义。本文针对TMS运动诱发电位的特点研究设计了一种基于蓝牙传输的运动诱发电位检测系统。该系统由TMS运动诱发电位调理模块和实时采集模块两部分组成。TMS运动诱发电位调理模块包括前置放大电路、右腿驱动电路、滤波电路、二级放大电路、电平抬升电路以及电源电路,该模块具有良好线性增益度、高共模抑制比、高输入阻抗、低噪声的特点。TMS运动诱发电位调理模块将运动诱发电位从被测部位拾取并经过放大、滤波和电平抬升,将TMS运动诱发电位调理成符合STM32内部模数转换器进行模数转换要求的模拟信号。TMS运动诱发电位实时采集模块采用STM32作为控制器和模数转换器将模拟TMS运动诱发电位转换成数字信号并通过蓝牙将数据传输至上位机显示界面,该界面具有实时显示波形、数据和波形存储等基本功能,具有操作简单,界面简洁的特点。最后对设计研发的TMS运动诱发电位检测系统进行性能测试。从增益线性度、通频带、共模抑制比、差模输入阻抗以及输入噪声等方面测试TMS运动诱发电位调理模块性能,并测试了系统的数据传输速率、采样速率和示值准确度。结果表明:本文设计电路的增益线性度良好,通频带为11 Hz-1300 Hz,共模抑制比为111.47 d B,输入阻抗为7.664 MΩ以及输入噪声0.78μV,结果表明本文设计电路的增益线性度良好,可以实现对微弱TMS运动诱发电位的检测。对TMS运动诱发电位检测系统的采样率、蓝牙的数据传输速率以及示值的准确度进行测试,结果表明本文设计的系统采样率为9965(±235)sps,数据传输速率大于60k Byte/s,系统示值的准确度为-3.9%～+2.8%。最后搭建检测实验环境,进行TMS运动诱发电位检测。采用单脉冲的经颅磁刺激刺激初级运动皮层,使用本文设计的TMS运动诱发电位检测系统在手部第一骨间骨背侧肌肉上成功记录到了TMS运动诱发电位波形,证明了本系统的可行性。

关键词：经颅磁刺激运动诱发电位调理电路 STM32 蓝牙

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基于超宽带和蓝牙技术的融合定位系统研究

基于超宽带和蓝牙技术的融合定位系统研究

作者：刘恒桂林电子科技大学

学位级别：硕士

在人们的日常生活中,室内定位技术一直扮演着非常重要的角色。超宽带(Ultra Wide Band,UWB)定位系统虽然定位精度高,但所需成本较高,而蓝牙定位系统则较为经济实惠,但精度相对较低。针对单一传感器难以同时满足室内复杂环境下高精度和... 详细信息

在人们的日常生活中,室内定位技术一直扮演着非常重要的角色。超宽带(Ultra Wide Band,UWB)定位系统虽然定位精度高,但所需成本较高,而蓝牙定位系统则较为经济实惠,但精度相对较低。针对单一传感器难以同时满足室内复杂环境下高精度和低成本的需求,本文开展基于超宽带和蓝牙技术的融合定位系统的研究,内容包含蓝牙接收信号强度指示(Received Signal Strength Indication,RSSI)测距方法、蓝牙定位算法、UWB和蓝牙融合的定位模型等方面。主要研究成果如下:1.提出一种基于动态自适应麻雀搜索算法(Dynamic Adaptive Sparrow Search Algorithm,DASSA)优化反向传播(Back Propagation,BP)神经网络的RSSI测距方法(DASSA-BP),解决了采用路径损耗模型的RSSI测距方法误差较大的问题。该方法利用动态自适应麻雀搜索算法调节反向传播神经网络的权重和阈值,避免陷入局部最小点。实验证明,相比于其它测距方法,本文提出的方法误差分布更加集中,在复杂环境下具有更高的抗干扰性。2.提出一种基于K-邻近和两步残差网络(Two Step Residual Network and K-Nearest Neighbor,TSRK)的最小最大(Minimum Maximum,MinMax)定位算法(TSRK-MinMax),解决了传统MinMax定位算法在解算标签坐标时,由于最大最小边界值的波动导致定位精度误差较大的问题。该算法首先利用K-邻近算法选择标签附近的基站。然后使用MinMax算法计算出边界点,通过边界点到基站距离与RSSI测距值的残差,加权求解标签坐标。最后利用标签坐标到基站距离与RSSI测距值的残差,筛选出残差值最小的坐标作为标签的最终位置。实验结果表明,TSRK-MinMax定位算法比传统MinMax定位算法精度整体提高11.7%。3.提出一种超宽带和蓝牙融合的定位模型,满足了室内复杂环境下不同区域对定位精度需求的差异。该模型利用精准分区策略将定位区域分划为高精度定位区、普通定位区和衔接区,不同区域调用不同的定位算法进行组合定位。为了解决衔接区超宽带和蓝牙的数据融合问题,提出了一种UWB和蓝牙残差加权融合定位算法。仿真实验表明,提出的算法相比于蓝牙原始定位算法具有更高的定位精度和稳定性。4.为了验证超宽带和蓝牙融合的定位模型有效性,搭建了融合定位系统实验平台。在实际的环境下,所提出的融合定位系统相比蓝牙定位系统具有更高的精准度和鲁棒性,在高精度区保证了定位精度的需求,同时相比UWB定位系统,降低了定位系统的成本。

关键词：超宽带蓝牙 RSSI MinMax 融合定位 BP神经网络

基于蓝牙的土壤墒情无线数据采集终端系统设计

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基于蓝牙的土壤墒情无线数据采集终端系统设计

作者：裴福弟宁夏大学

学位级别：硕士

随着科技的快速发展与进步,近些年来,物联网技术在智慧农业方面的应用越来越广泛,尤其是利用物联网技术来监测农作物土壤环境的温湿度以及土壤养分等信息,以便用户在土壤缺水缺肥的情况下做出合理的调整,保证农作物能正常生长发育。为... 详细信息

随着科技的快速发展与进步,近些年来,物联网技术在智慧农业方面的应用越来越广泛,尤其是利用物联网技术来监测农作物土壤环境的温湿度以及土壤养分等信息,以便用户在土壤缺水缺肥的情况下做出合理的调整,保证农作物能正常生长发育。为了实时监测土壤环境的墒情信息,本文构建了一套基于蓝牙的土壤墒情无线数据采集系统,该系统以STM32嵌入式微控制器为硬件核心,利用空气温湿度传感器、土壤湿度传感器、土壤氮磷钾传感器以及土壤多参数传感器来采集土壤环境的多种数据,然后通过蓝牙模块或者ZigBee模块将采集的数据发送出去,以供用户在手机终端或者PC端进行数据的接收查看。其中,蓝牙数据传输模式适用于温室等数据采集面积小、数据传输距离短的场景,ZigBee数据传输模式适用于野外等数据采集面积大、数据传输距离较远的场景,本系统默认使用蓝牙模式进行数据传输,用户可根据实际需要进行模式切换。系统还配套报警模块和控制灌溉模块,当土壤环境的某个参数值超出一定的范围之后,对应的LED灯会亮起报警,而当土壤湿度低于设定的最小值时,蜂鸣器响起报警,同时继电器吸合触发水泵进行抽水灌溉,当土壤湿度达到设定的最大值时,蜂鸣器停止报警,水泵停止工作。由此实现土壤墒情数据的自动采集、监测以及灌溉智能管理平台。本文作者分别在户内、户外两种不同场景对该系统进行了数据采集和传输测试,考虑到测试结果的可靠性,测验采用多组数据进行对比分析。实验结果表明,传感器采集土壤墒情数据快速且准确,蓝牙及ZigBee数据传输实时且高效,系统运行稳定可靠,可以实时监测土壤墒情,很好的验证了该系统的可行性及实用性,具有良好的现实应用价值。

关键词：智慧农业无线数据采集土壤墒情蓝牙 ZigBee

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基于蓝牙控制的色彩音乐系统设计与实现

基于蓝牙控制的色彩音乐系统设计与实现

作者：曲益佳哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

联觉现象使色彩音乐产生关联,本文围绕嵌入式系统色彩音乐关联呈现这一目的,利用音色多维模型、时频转换算法、蓝牙无线传输技术、嵌入式系统开发技术、安卓应用软件开发技术等技术方法,实现了基于蓝牙控制的具有呈现色彩音乐实时匹配... 详细信息

联觉现象使色彩音乐产生关联,本文围绕嵌入式系统色彩音乐关联呈现这一目的,利用音色多维模型、时频转换算法、蓝牙无线传输技术、嵌入式系统开发技术、安卓应用软件开发技术等技术方法,实现了基于蓝牙控制的具有呈现色彩音乐实时匹配效果的嵌入式系统。课题涉及到音色多维模型的提出与确立,基于时频转换的色彩音乐算法的提出与实验,嵌入式硬件系统的设计与搭建,安卓平台蓝牙通信应用的开发与编写,最终实现了色彩音乐完美匹配的视听效果,具有一定的理论深度与技术使用价值。本课题主要研究内容如下。对色彩音乐映射关系的研究。从色彩音乐的物理特性入手,确定色彩音乐之间存在必然联系,为音色转换模型的提出奠定了理论基础。受三原色呈色原理启发,分析建立了基于HSV色彩空间的音色多维映射模型,提出了色彩音乐映射关系的模型转换方式。对比分析了傅里叶变换、离散傅里叶变换、快速傅里叶变换、短时傅里叶变换四种算法,以快速傅里叶变换算法为基础,提出了一种基于频谱转换的色彩音乐算法,该算法不仅能有效处理非平稳信号,并且极大地降低了计算量,提高了精确性,在嵌入式平台上也具有良好的移植应用效果,实现了色彩音乐的映射。设计搭建嵌入式实验平台。平台包括文件播放模块,音频解码模块,混光模块、频谱显示模块以及蓝牙模块,能够呈现音色实时匹配的视听效果,平台具备实时性、便携性、精确性以及可移植性等特点。开发设计蓝牙手机应用程序。利用安卓平台提供的接口函数,设计编写了蓝牙连接、蓝牙通信以及蓝牙文件传输的程序,并完成了界面设计,实现了手机端与嵌入式平台的无线通信。

关键词：色彩音乐音频信号处理嵌入式系统蓝牙联觉

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蓝牙自适应分组选择策略与选择重传算法研究

通信学报 2011年第1期32卷 151-158页

作者：王雪钱志鸿李冰李悦吉林大学通信工程学院吉林长春130025

为了提高蓝牙抗干扰能力与传输效率,从基带层重传和L2CAP层重传研究了蓝牙的重传机制。基带层提出了利用重传次数估计跟踪信道质量的自适应分组选择策略,根据当前信道的重传次数动态选择使其吞吐量最大的分组。在L2CAP层,针对连续重传... 详细信息

为了提高蓝牙抗干扰能力与传输效率,从基带层重传和L2CAP层重传研究了蓝牙的重传机制。基带层提出了利用重传次数估计跟踪信道质量的自适应分组选择策略,根据当前信道的重传次数动态选择使其吞吐量最大的分组。在L2CAP层,针对连续重传需要传送已经准确接收的数据帧的缺点,提出了结合连续重传和流控制2种模式的选择重传算法,无需改变蓝牙协议。仿真与分析表明,算法能有效提高吞吐量与传输效率、降低时延,容易实现。

关键词：蓝牙重传自适应分组 L2CAP