基于智能手機的聲信號室內定位系統(tǒng)研究.pdf

1、基于位置的服務(Location Based Service，LBS)為人們日常生活提供了很多便利，智能手機已成為人們生活中的必需品。調查表明，人們80％的時間是在室內度過的，隨著人們活動的室內空間越來越龐大和復雜，室內定位技術的需求也越來越明顯，如精準營銷、商場定位與導航、醫(yī)療救護與智能倉儲等。基于手機的室內定位服務已經(jīng)成為國內外的研究前沿與熱點。
　　復雜多變的室內環(huán)境使得GPS(Global Position System)

2、的應用受到限制，而WIFI、藍牙、超寬帶等在定位精度或手機兼容性方面存在短板?；诼曅盘柕氖覂榷ㄎ患夹g由于其成本低、精度高、與智能手機兼容性好等特征，成為最具潛力的定位技術之一。因此，本文提出了一種新的基于手機平臺的聲信號室內定位方法，并解決了多徑與強噪聲環(huán)境下微弱信號的時延估計等問題。對系統(tǒng)進行了設計與實現(xiàn)，實際場景下的實驗結果表明，本系統(tǒng)具有精度高、實時性好，穩(wěn)定性強等特性。論文的主要貢獻包括:
　　1)為了提高測距的精度、魯

3、棒性與實時性，對聲信號進行設計與優(yōu)化。通過對手機平臺的聲信號頻率響應進行測試與分析，設計了具有較強抗干擾能力的加窗LFM(Linear Frequency Modulation)聲信號。通過對不同長度LFM聲信號的距離估計實驗結果進行統(tǒng)計與分析，優(yōu)化了信號的起始頻率、變化率、終止頻率與時域帶寬。
　　2)針對基于互相關的聲信號時延估計，通過優(yōu)化多徑與微弱信號的估計參數(shù)，顯著提高了時延估計精度。室內定位場景中多徑現(xiàn)象較為嚴重，傳統(tǒng)的

4、基于最大峰峰值估計的估計方法存在較大誤差，甚至得出錯誤的估計結果。本文通過優(yōu)化峰值估計參數(shù)，提高了互相關估計方法的魯棒性。針對微弱信號，設計有效峰判別準則，解決了強噪聲環(huán)境下的微弱信號時延估計問題。
　　3)針對高性能的聲信號時延估計，提出了模糊函數(shù)濾波和投影解空間的時頻分析方法，提高了時延估計性能，降低了計算復雜度。采用AF(AmbiguityFunction)濾波技術，在多普勒時延域設計模糊函數(shù)對信號進行濾波，實現(xiàn)了高精度的時

5、延估計。為了提高運算效率，提出了累積能量投影(Cumulative EnergyProjective Distribution，CEPD)和累計點數(shù)投影(Cumulative Points ProjectiveDistribution，CPPD)的概念，大大提高了時延估計的實時性能。實驗結果顯示，時頻分析時延估計方法能夠獲得更加精確的估計結果。
　　4)提出了一種新的室內定位方法，優(yōu)化了時鐘同步與目標定位的交互流程，在保證系統(tǒng)定位