基于CSI指纹的室内Wi-Fi定位研究与实现文献综述

 2022-08-02 15:10:44

文献综述

随着物联网的兴起和无线网络的普及,人们对定位服务的需求也越来越多。在大型室内公共场所、隧道、矿井、智能家居等领域,室内定位技术都发挥着重要作用。不论是在工业界和商业界,室内定位技术都有巨大的应用前景。尽管GPS在室外定位和导航领域一枝独秀,但是由于建筑物墙体对GPS的严重衰减使得GPS远不能满足人们对室内定位的需求。因此研究普适可靠的室内定位技术具有重要的意义。随着Wi-Fi基础设施在全球范围内的广泛部署,如果能够利用已有的无线基础设施实现室内定位,无疑可以在室内定位系统的部署成本和普适性方面取得巨大突破。

与已有利用RSSI的定位工作相比,信道状态信息(Channel State Information ,CSI)是物理层特性,受多径效应影响小,具有良好的稳定性,数据也容易被获取,可以利用CSI的能量、时间、角度等特征进行室内定位。

  1. 室内定位原理与方法

1) 基于指纹的定位

由于在室内环境中,信号会受到多径影响,使用单一的信号与距离的映射关系进行定位精度较低。微软研究院在Wi-Fi室内定位系统RADAR中首次提出基于指纹的定位方法,其中指纹定位需要提前对室内场景进行区域划分并设置采样点,不同采样点上的样本数据被称为位置指纹。

基于指纹的定位分为离线训练阶段和在线定位阶段。以CSI信号为例,离线阶段需要在采样点采集CSI数据,对CSI数据进行处理,从而构建指纹地图。在线阶段,将待估计位置采集到的数据与指纹地图中的指纹进行比对,与之最接近的指纹对应的位置即为目标位置。

2) 基于测距的定位

在基于指纹的定位中,随着定位区域的增加,数据量也将急剧增加。基于信号模型的测距定位法可以克服指纹定位的这个缺点。无线测距模型和定位算法是基于信号模型的测距定位的关键环节。无线测距模型是对信号衰减的一种描述,反映了信号强度和位置之间的映射关系。信号的传播模型主要有线性距离路径损耗模型、对数距离路径损耗模型等。利用无线测距模型测到距离之后通过定位算法实现位置估计,常见定位算法有三边定位、三角定位、双曲线法等。

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