基于智能手機(jī)的聲信號室內(nèi)定位系統(tǒng)研究.pdf

1、基于位置的服務(wù)(Location Based Service，LBS)為人們?nèi)粘Ｉ钐峁┝撕芏啾憷?，智能手機(jī)已成為人們生活中的必需品。調(diào)查表明，人們80％的時(shí)間是在室內(nèi)度過的，隨著人們活動的室內(nèi)空間越來越龐大和復(fù)雜，室內(nèi)定位技術(shù)的需求也越來越明顯，如精準(zhǔn)營銷、商場定位與導(dǎo)航、醫(yī)療救護(hù)與智能倉儲等?；谑謾C(jī)的室內(nèi)定位服務(wù)已經(jīng)成為國內(nèi)外的研究前沿與熱點(diǎn)。
　　復(fù)雜多變的室內(nèi)環(huán)境使得GPS(Global Position System)

2、的應(yīng)用受到限制，而WIFI、藍(lán)牙、超寬帶等在定位精度或手機(jī)兼容性方面存在短板?；诼曅盘柕氖覂?nèi)定位技術(shù)由于其成本低、精度高、與智能手機(jī)兼容性好等特征，成為最具潛力的定位技術(shù)之一。因此，本文提出了一種新的基于手機(jī)平臺的聲信號室內(nèi)定位方法，并解決了多徑與強(qiáng)噪聲環(huán)境下微弱信號的時(shí)延估計(jì)等問題。對系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，實(shí)際場景下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本系統(tǒng)具有精度高、實(shí)時(shí)性好，穩(wěn)定性強(qiáng)等特性。論文的主要貢獻(xiàn)包括:
　　1)為了提高測距的精度、魯

3、棒性與實(shí)時(shí)性，對聲信號進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化。通過對手機(jī)平臺的聲信號頻率響應(yīng)進(jìn)行測試與分析，設(shè)計(jì)了具有較強(qiáng)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(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，優(yōu)化了信號的起始頻率、變化率、終止頻率與時(shí)域帶寬。
　　2)針對基于互相關(guān)的聲信號時(shí)延估計(jì)，通過優(yōu)化多徑與微弱信號的估計(jì)參數(shù)，顯著提高了時(shí)延估計(jì)精度。室內(nèi)定位場景中多徑現(xiàn)象較為嚴(yán)重，傳統(tǒng)的

4、基于最大峰峰值估計(jì)的估計(jì)方法存在較大誤差，甚至得出錯(cuò)誤的估計(jì)結(jié)果。本文通過優(yōu)化峰值估計(jì)參數(shù)，提高了互相關(guān)估計(jì)方法的魯棒性。針對微弱信號，設(shè)計(jì)有效峰判別準(zhǔn)則，解決了強(qiáng)噪聲環(huán)境下的微弱信號時(shí)延估計(jì)問題。
　　3)針對高性能的聲信號時(shí)延估計(jì)，提出了模糊函數(shù)濾波和投影解空間的時(shí)頻分析方法，提高了時(shí)延估計(jì)性能，降低了計(jì)算復(fù)雜度。采用AF(AmbiguityFunction)濾波技術(shù)，在多普勒時(shí)延域設(shè)計(jì)模糊函數(shù)對信號進(jìn)行濾波，實(shí)現(xiàn)了高精度的時(shí)

5、延估計(jì)。為了提高運(yùn)算效率，提出了累積能量投影(Cumulative EnergyProjective Distribution，CEPD)和累計(jì)點(diǎn)數(shù)投影(Cumulative Points ProjectiveDistribution，CPPD)的概念，大大提高了時(shí)延估計(jì)的實(shí)時(shí)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，時(shí)頻分析時(shí)延估計(jì)方法能夠獲得更加精確的估計(jì)結(jié)果。
　　4)提出了一種新的室內(nèi)定位方法，優(yōu)化了時(shí)鐘同步與目標(biāo)定位的交互流程，在保證系統(tǒng)定位