基于粒子滤波的室内蓝牙定位及优化方法研究

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基于位置的服务与人们的生活息息相关,具有巨大的商业价值和发展前景,而定位技术又是其工作的关键支撑。在室外环境下大多采用卫星信号定位,定位技术已经比较成熟且应用广泛。但由于建筑物的遮蔽影响,室外定位技术无法作用于室内定位情景。目前,常见的室内定位系统多使用短距离无线技术,并配合位置指纹法或基于接收信号强度测距的定位等算法完成定位。但因为技术和算法本身的限制,无法同时兼顾系统成本和定位精度,系统功耗也较高。针对以上问题,本文开展了对室内定位的研究。本文的研究目标是实现一种定位精度高,而成本和功耗都较低的室内定位系统。针对此目标,本文基于低功耗蓝牙技术以及融合测距信息的粒子滤波算法完成了室内定位的研究,实现了分米级的定位精度。为实现室内定位,本文研究了低功耗蓝牙技术,按照蓝牙技术联盟发布的协议规范通过编程设置了蓝牙芯片的工作参数,特别是广播数据部分,建立了基于n Rf51822的低功耗蓝牙基站;结合智能移动终端上的蓝牙设备以及开发的相关手机应用,构建了室内定位系统的实验平台。本文深入研究了粒子滤波算法和信号的传播损耗模型,在此基础上,利用实验平台实现了实验环境下基于接收信号强度的测距模型,构建了室内定位系统的整体框架,通过仿真验证了系统的可行性。针对粒子滤波算法存在粒子退化等问题,主要从粒子初始化优化、提议分布优化和粒子越界处理三方面对算法进行了优化改进。针对粒子滤波算法中重采样过程造成粒子多样性降低的问题,通过在提议分布优化过程中加入粒子的随机线性交叉,可有效提升粒子的多样性,从而减弱重采样对粒子多样性的负面影响。通过与优化前算法的定位效果进行比较,证明了算法优化的有效性。优化后的定位系统定位精度可达分米级,且粒子退化程度大大减弱。本课题的研究为粒子滤波在室内蓝牙定位方面的应用提供了一种实现方法,优化后的定位算法具有较高的定位精度,具有一定的应用价值。
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