郭光毅

武漢大學(xué)測繪遙感信息工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430079

隨著無線通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展，智能手機(jī)作為一種高度普及的移動計算平臺為人們提供了無可替代的便捷。高精度高可用的室內(nèi)定位技術(shù)作為室內(nèi)位置服務(wù)的基石，是打通室內(nèi)外無縫位置服務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)。論文在不改變、不增加智能手機(jī)硬件的前提下，圍繞對音頻定位、射頻定位(Wi-Fi、BLE)、PDR定位算法的優(yōu)化展開，提高單一的定位技術(shù)的精度和穩(wěn)定性；搭建一個可接入多源異構(gòu)量測的自適應(yīng)的緊組合多源信號融合平臺，主要研究內(nèi)容如下：

(1)提出了一種基于多傳感器的智能手機(jī)握持姿勢識別方法，基于101位測試人員的樣本數(shù)據(jù)，提取多源傳感器數(shù)據(jù)中隱含的運(yùn)動模式以及環(huán)境信息特征，結(jié)合模式識別算法顯著提高了識別精度。此基礎(chǔ)上，提出了一種顧及握持姿勢的自適應(yīng)腳步檢測算法，優(yōu)化了PDR算法中腳步檢測的適應(yīng)性，在不同握持姿勢下平均精度可達(dá)到99.68%。在步速估計方面，提出了一種顧及實(shí)時握持姿勢的行人速度估計算法，在不同握持姿勢的平均絕對速度誤差為0.061 m/s，改善了行人速度檢測的精度及普適性。

(2)提出了一種基于Wi-Fi RTT-RSS混合的距離估計算法，基于時鐘模型給出了RTT時間測量誤差分布，提出了由網(wǎng)卡硬件和固件造成MAC處理延遲的校準(zhǔn)方案，提高了基于RTT距離估計的精度。提出的混合距離估計的策略，提升了FTM協(xié)議響應(yīng)處理并發(fā)請求的能力，優(yōu)化了距離估計的穩(wěn)健性和可用性。

(3)提出了一種基于射頻信號虛擬觀測的建筑物朝向約束定位方法，充分利用走廊朝向和無線射頻信標(biāo)設(shè)備布設(shè)位置的先驗(yàn)知識構(gòu)建虛擬基站，將走廊雙向通行且兩側(cè)不可達(dá)這一非線性特征轉(zhuǎn)化到虛擬基站觀測，在觀測量層面對定位結(jié)果進(jìn)行了約束，強(qiáng)化了走廊定位時的方向信息；同時也彌補(bǔ)了走廊環(huán)境線性布設(shè)的缺點(diǎn)，優(yōu)化了走廊環(huán)境觀測量的幾何分布。有效地提高了走廊環(huán)境下定位精度，減少了“穿墻”的現(xiàn)象，提升了定位體驗(yàn)。

(4)提出了一種基于時頻分析和優(yōu)化互相關(guān)方法的實(shí)時到達(dá)時間檢測算法，將時頻分析技術(shù)用于音頻信號到達(dá)時間檢測，有效地提高了室內(nèi)復(fù)雜環(huán)境下TOA估計算法的穩(wěn)健性；利用PDR和音頻信號的互補(bǔ)性，實(shí)現(xiàn)了音頻信號與PDR的緊組合定位方案；給出了基于預(yù)測狀態(tài)的多普勒補(bǔ)償改正和異步到達(dá)時間補(bǔ)償?shù)姆椒?。改正了TOA估計中，由行人動態(tài)移動引入的多普勒時間偏差，補(bǔ)償了TDOA解算中，由TDMA音頻播發(fā)架構(gòu)及行人動態(tài)移動引入的位置誤差。進(jìn)一步提升了系統(tǒng)的定位精度及穩(wěn)定性。

(5)在不改變、增加智能手機(jī)硬件的前提下，利用智能手機(jī)搭載的聲、電、運(yùn)動傳感器，搭建了一個可接入多源異構(gòu)量測的自適應(yīng)的緊組合多源信號融合架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了音頻信號、Wi-Fi、BLE、PDR的多源組合定位算法。其基本思想是：分別對接入的相對、絕對定位源進(jìn)行了針對性的優(yōu)化，提高單一的技術(shù)的精度和穩(wěn)定性，合理利用相互獨(dú)立觀測之間的冗余度，充分發(fā)揮各種定位源的互補(bǔ)性；基于室內(nèi)定位源的先驗(yàn)信息，實(shí)時評估當(dāng)前觀測的質(zhì)量，以此來構(gòu)建抗差自適應(yīng)濾波算法，從觀測層面和整體系統(tǒng)層面提高定位精度和抗差能力。在粗差攻擊測試和終端性能差異測試中，本方法表現(xiàn)保持了良好的精度、可用度和抗差能力。