论文总字数：29680字

摘 要

传统的定位技术（GPS）无法满足室内定位所需的精度要求，为了获得与室外定位同样的用户体验，本文采用射频信号与超声波信号的TDOA实际开发了一套室内定位系统。本系统由基站、终端、服务器组成，基站向终端发送射频信号（RF）和超声波信号（US），终端利用来自基站的RF信号和US信号到达的时间差（TDOA）来计算终端与每个基站之间的距离，并将距离数据打包发送至服务器中（定位算法放在服务器中），由服务器进行定位计算，并将计算得到的位置数据显示在浏览器页面中。

本文选择基于物理测距的TDOA系统作为研究方向。与TOA相比，TDOA不需要基站与终端有严格的时钟同步，具有成本低、易组网、定位精度高等优势，适合于本文研究的需要。

关键词：TDOA，超定方程组，最小二乘法，室内定位

Abstract

Traditional positioning system (GPS) can not meet the required for indoor positioning accuracy requirements, in order to obtained and outdoor location, same user experience. In this paper, the RF and ultrasonic signals of TDOA the actual development of a set of indoor positioning system. The system consists of a base station, terminal, server and base station to the terminal to transmit radio frequency (RF) and ultrasonic signal (US), terminal usage from the base station RF signal and the US signal arrival time difference of arrival (TDOA) to calculate the distance between the terminal and each base station and distance number according to the packet sent to the server (localization algorithm is put in the server) and by the server location calculation, and the calculation results of location data display in the browser page.

In this paper, the TDOA system based on physical distance measurement is chosen as the research direction. Compared with TDOA, TOA does not need a strict clock synchronization between base stations and terminals. It has the advantages of low cost, easy networking, high positioning accuracy, and is suitable for the research of this paper.

Key words: TDOA, super set equations, least square method

目录

摘要 3

Abstract 4

第一章 绪论 6

1.1 课题研究背景与意义 6

1.2 国内外研究发展现状与趋势 7

1.3 本文主要内容及结构安排 9

第二章 TDOA定位技术 10

2.1 系统工作原理 10

2.2 距离计算 10

2.3 位置计算 10

第三章 数据采集系统的设计与实现 12

3.1. 发射节点的设计与实现 12

3.1.1. 硬件框架 12

3.2. 接收节点的设计与实现 12

3.2.1. 硬件框架 12

3.2.2. 软件框架 13

第四章 服务器的设计与实现 15

4.1. 服务器总体框架 15

4.2. 服务器软件框架 16

4.3. 服务器的软件实现 16

4.3.1. 原始数据缓存 16

4.3.2. 终端位置数据缓存 17

4.3.3. 基站位置数据缓存 18

4.3.4. 负责初始化ServerSocket的Servlet类 18

5.3.5. 启动ServerSocket的的线程类 20

5.3.6. 实现服务器端与终端的数据通信线程类 23

5.3.7. 定位算法实现类 28

致谢 32

参考文献 33

第一章 绪论

• 1. 课题研究背景与意义

在移动互联网时代，出行不再是一件很艰难的事情，我们可以很容易通过GPS获得位置信息。例如我们可以使用百度地图、高德地图很方便地进行位置查询、导航等操作。基于这种位置数据，诞生了很多新兴的互联网巨头，例如美团、大众点评、滴滴打车等等。这些应用的出现，极大的丰富了人们的日常生活。这一切美妙的场景都来自于GPS技术以及基于GPS的精度更高的定位技术，只有获得了足够高精度的地理位置信息，我们才能在应用层构建丰富多彩的应用，才能更好地让科技服务于人类。

同样的，我们也希望在进入室内后，继续享受这种美妙的用户体验。O2O线下客流引导、停车场找车、大型场馆人员位置监控、财产监控等市场需求规模巨大，室内定位技术受到了世界各大科技公司的瞩目。例如微软公司在2014年开始举办的国际室内定位大赛中，来自全世界的室内定位团队带着他们各种各样的技术实现方案来参加比赛；Apple公司在2013年以2000万美元收购了室内定位公司WiFiSLAM；微信在2014年与北京的一家室内定位公司“智慧图”合作了一次微信店铺线下促销活动“摇一摇·周边”,取得了不错的收益。由此可见，室内定位技术是很有市场潜力的。

室内定位技术本身有非常多的实现方式，可以通过各种不同的媒介传递信息、计算位置。本系统结合通信专业本科所学的知识，采用了超声波信号与射频信号到达时间差的方案来实现。

本文研究的目的不在于发掘室内定位的市场，而是为了切实的开发一套简单的室内定位系统。在增强自身软硬件开发实力、挖掘室内定位技术深度的同时，为国内室内定位事业贡献一份微薄的力量。

• 1. 国内外研究发展现状与趋势

为了实现室内定位，传统的GPS技术完全无法满足室内定位的精度需求，另辟蹊径成为了各大公司的共识。如图 1室内定位技术的多种方案比较所示，实现室内定位不局限于某种媒介。

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