基于无线射频识别技术的非测距 室内定位技术的研究

1、20132013年年3 3月月开题报告导师：殷业导师：殷业肖龙肖龙上海师范大学 11级通信与信息系统基于无线射频识别技术的非测距室内定位技术的研究选题背景 随着数据业务和多媒体业务的快速增加，人们对定位和导航的需求日益增加，尤其是在复杂的室内环境中，如机场大厅、展厅、仓库、超市、图书馆、地下停车场等，常常需要定位移动终端或其持有者、设施与物品在室内的位置。但是与室外环境相比，室内环境受定位时间、定位精度及室内复杂环境等条件的限制，比较完善的GPS(Global Positioning System，美国)、GLONASS(Global Navigation Satellite System，俄

2、罗斯)、DBS(BeiDou Navigation Satellite System，中国)、AGPS(Assisted Global Positioning System，美国)等全球定位技术并不能够覆盖室内环境从而实现有效定位。另外，由于复杂环境下的室内定位技术在地下救援、智慧城市、大型展厅等具有重要的应用背景，所以对室内定位的研究可以在一定程度上提高生活质量，保障生命财产安全。选题介绍 本课题属于无线网络信息技术领域。随着信息技术向更广泛的互联互通和更全面的智能化方向发展，物理世界与数字世界无缝融合的需求越来越高，使得无线网络的规模不断增大，对网络自组织能力和移动特性的要求不断提高，与传

3、统的卫星定位和蜂窝定位系统不同，室内定位的环境范围较小、直达波路径损耗严重、信道非平稳，如何在相应的计算环境中准确获取无线网络中物体的位置信息成为至关重要但又非常困难的问题。由于目前无线射频识别技术发展较迅速，平台较普及，决定了室内定位研究的一个热点方向就是在依托现有无线射频识别技术平台提出一种普及廉价的高精度、低复杂度和稳健的室内定位技术。 目前定位算法从定位手段上通常分为两种：基于测距的(Range-based)和基于非测距的(Range-free)。基于测距的定位算法通过测量节点间的距离或角度信息，使用三边测量、三角测量或最大似然估计法计算节点的位置，典型的测量技术有接收信号强度测距法(

4、RSSI)、到达时间测距法(TOA)、时间差测距法(TDOA)和到达角度测距法(AOA)。基于非测距的定位算法通过测量利用网络连通性等信息来实现节点定位，典型的测量技术有质心算法、DV-Hop算法、Amorphous算法和APIT算法。图1 室内定位3D图图2 室内定位2D图Active BadgeBatCricketRADARAHLosLandMarciLocateIn-Location Alliance1992199920002003200520112012Time Line时间时间系统代号系统代号研发单位研发单位备注备注1992年Active BadgeAT&T剑桥实验室精度低1

5、999年BatAT&T剑桥实验室精度不稳定，易受干扰2000年RADAR微软研究院不易移植2000年CricketMIT硬件要求高，时间同步2003年AHLos洛杉矶加州大学UCLA算法复杂，要求数据处理能力强2005年iLocateTM唐恩科技（China）UWB设备昂贵，普及率低2011年LandMarc香港科技大学RFID平台普及国内外发展现状：2011年，香港科技大学研发出了全球首个无线射频识别定位系统LandMarc室内定位系统，并获得当年的国家自然科学二等奖。LandMarc室内定位系统首次将RFID技术应用到室内定位中，同时RFID系统成本较为低廉，利用该平台研究室内定位

6、技术具有重大的指导意义。同时香港科技大学开展的“基于非测距的无线网络定位理论与方法研究” 获得2010年度教育部自然科学奖一等奖，其研究成果被国内外高校列为研究教材，ACM Fellow、斯坦福大学无线传感网资深专家Leonidas Guibas教授评价本研究为“普适计算环境下定位的开创性工作之一”，哈佛大学教授Matt Welsh评价本系统为“近年来全世界最具有代表性的传感网系统之一”。国内外发展现状2013年3月24日，苹果(Apple)以2000万美元收购了基于Wi-Fi信号的室内导航公司WiFiSlam，该公司可以利用环境中的Wi-Fi信号定位到智能手机用户在建筑中的确切位置，其精度可

7、达到2.5米。2008年7月02日，欧盟正式批准诺基亚(Nokia)以81亿美元收购美国电子地图厂商Navteq，宣布正式进军室内定位领域。Navteq是全球两大电子地图巨头之一，总部位于美国芝加哥。2012年8月23日，移动设备巨头Nokia，Samsung，Sony Mobile，Intel，Qualcomm，Broadcom，Philips，华为及其他五十一家公司共同成立了 In-Location Alliance(Indoor Location Industry Alliance，即室内定位联盟)，共谋推进室内地图技术发展和解决方案部署进程。本课题研究的主要内容1、室内信道传输模型in

8、door propagation model)log(10)()(00ddndPLdPL2、信道分析channel analysis3、参数校准技术的研究calibration techniques4、定位模型建模localization model现实校准虚拟校准Indoor Propagation Model)log(10)()(00ddndPLdPLIdeal Path lossPL(d)-PRSSItRSSI：ceInterferen)log(10)()(00ddndPLdPLPractical Path lossInterferenceN(0,2)Channel AnalysisFix point sample距离较短时RSSI差异性较差距离较远时RSSI差异性较大Calibration Techniques)(dPLPPtr),0(N-)log(10-)(20dndPLPPtr),0(log10RSSI2Ndn为在参考距离1m处的RSSIn为传播路径损耗因子为该组数据的标准差现实校准利用参考标签进行校准，每个读头周围分布着一个参考标签。在校准阶段，读头会读到周围参考标签信息，然后利用异己相减来获取所需数据。虚拟校准研究点Localization Model