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随着现代通信技术的快速发展,以及普适计算技术的广泛应用,人们对于定位的要求不再局限于户外,对室内位置感知计算(Indoor-Location-Aware Computing)的需求也日益增多,例如机场、大型购物广场内的导航、会议指南、资源查找、井下工作人员的定位、老人与儿童的监护等等。
室内位置感知计算的难点在于环境的改变会影响定位的精度。现有的室内定位算法大多仅关注外界天气及用户设备的变化,很少考虑信源变化,均以信源性质稳定为定位假设前提。而此假设在实际应用中却很难满足,本文对此提出动态信源问题,并进行详细分析后提出有效的解决方法。
动态信源问题是指定位系统中某些信号源由于损耗、断电等原因发生故障而使室内信号场分布发生改变,导致室内定位精度下降的问题。在目前的室内定位研究中,此问题经常被忽略,或使用某固定值(如-100dBm)对缺失的信号进行填补,这样实际上会导致测试数据与训练数据分布不一致,进而大大降低了定位精度。本文从动态信源的有效恢复问题着手,研究如何增强系统鲁棒性。
为解决动态信源问题,本文开发了数据采集平台软件及室内定位系统,并提出了可有效恢复缺失信源信号值的FixMRT方法。FixMRT方法的主要流程包括:1.自适应选取邻域点,构造局部线性关系;2.将局部线性关系嵌入至低维流形空间;3.在低维流形空间中,学习信源之间的相互关系(即回归函数)。利用该方法得到的信源关系函数,可计算出发生异常的信源信号,重新构建出信号场分布,进而求出位置信息。与一般支持向量机的方法相比,FixMRT方法增加了一个约束项,可将信号空间与低维流形空间的结构统一起来;同时,由于加入了自适应选取邻近点的算法,使回归函数能够更好地反映原空间结构,对原始信号进行更好的逼近。
通过在实际的Wi-Fi网络环境中进行测试发现,相对于仅利用部分正常信源或利用固定值(-100dBm)填补异常信源信号的传统定位方法,FixMRT方法不仅可达到吏高精度的定位效果,更可减少标定所需的工作量,大大提高了室内定位系统的鲁棒性。