摘 要

基于位置的服务已充分地融入人们的生活之中，GPS等卫星定位技术在室外环境下有着广泛的应用，但是，由于建筑物对信号的屏蔽作用，GPS无法在室内发挥作用，因此，研究高效便捷的室内定位技术显得尤为重要。基于WiFi的室内定位，依据电磁波在空间中的传播方式及衰减模型绘制有效的电磁波测距公式，测定实验设备的有效测距范围，并以此为依据布设AP点。基于智能手机所采集的不同AP点的信号强度推算移动点到AP点的直线距离，比较相同楼层内AP点的平均信号强度，平均信号强度最强的楼层即为移动点所在楼层以此来实现楼层判定。对于同一楼层的AP点采用三角定位法计算坐标，取多次计算结果均值作为最终坐标。为避免空间中的测量结果为斜距而非平距造成的计算误差，通过引入三维坐标计算空间中的距离，最终将定位精度控制在10cm范围内，达到了室内定位的目的。

关键词：室内定位 WiFi 楼层判定 三角定位法

Research on indoor positioning method based on WiFi

Abstract

Location-based services have been fully integrated into people's lives. Satellite positioning technologies such as GPS have a wide range of applications in outdoor environments. However, because of the shielding effect of buildings on signals, GPS cannot function indoors. Therefore, research is highly effective. Convenient indoor positioning technology is particularly important. WiFi-based indoor positioning, according to the propagation mode of electromagnetic waves in the space and attenuation model to draw effective electromagnetic wave ranging formula, measuring the effective range of the experimental equipment, and based on this as the basis for laying AP points. Calculate the straight line distance from the mobile point to the AP point based on the signal strengths of different AP points collected by the smart phone, compare the average signal intensity of the AP points in the same floor, and the floor with the strong average signal strength is the floor where the mobile point is located. Floor decision. For AP points on the same floor, the coordinates are calculated using the triangulation method, and the average of multiple calculations is taken as the final coordinate. In order to avoid the measurement error caused by the slant range instead of the horizontal distance in the measurement result in the space, the distance in the space is calculated by introducing the three-dimensional coordinates, and the positioning accuracy is finally controlled within a range of 10 cm to achieve the purpose of indoor positioning.

Key Words: Indoor Positioning；WiFi；Floor decision；Triangle positioning

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 主要研究内容 3

第二章 相关技术及专业理论 4

2.1 WiFi定位技术 4

2.1.1 WiFi简介 4

2.1.2 MAC地址 4

2.1.3 服务集标识 4

2.2 电磁波测距原理 4

2.3 电磁波测距有效范围确定 5

2.3.1 测距公式拟合 5

2.3.2 测距范围 6

2.3.3 提高室内定位精度 7

第三章 实现方法 11

3.1 总体思路 11

3.2 AP点布设原则 11

3.3 三角定位法流程 12

3.3.1 三角定位法公式 12

3.3.2 楼层判定 13

3.3.3 精确定位 14

第四章 实验结果 15

4.1 实验场地基本情况 15

4.2 处理实验数据 15

4.2.1 楼层判定 15

4.2.2 精确定位 17

4.3 实验结果和理论结果比较 18

第五章 总结与展望 19

5.1 总结 19

5.2 展望 19

参考文献 21

致 谢 22

第一章 绪论

1.1 研究背景

随着科技的进步和生活水平的提高，基于位置的服务（Location-Based Services，LBS）在我们日常生活中有着广泛的应用前景。移动定位技术是LBS的基础与核心，现有的常用的移动定位技术主要应用在两个方面：室外定位和室内定位。但目前并没有通行的室内定位技术，已有的室内定位仍沿用原有的室外定位技术（GPS、北斗等）。由于受到建筑物的遮挡，室内地形图测量不够精确等原因，现有的设备具有定位慢、精度低等明显弊端，因此研究一个更适应于室内的定位方法势在必行。

对于室内定位技术的研究，可广泛应用于大型商场、地铁和机场等建筑面积较大且环境较为复杂的地区，用户能够利用手持移动终端迅速定位并找到目标地点。开发者可以基于室内定位技术开发一系列的LBS拓展应用帮助用户寻找目标的最优解，从而使自己的产品获得更高的点击率。

现有的室内定位技术灵感源于GPS等全球定位系统的盛行。GPS计划始于1973年，于1994年发射最后一颗卫星即第24颗工作卫星以此来实现GPS卫星组网的布设，与此类似的系统还有我国的北斗卫星导航系统、俄罗斯的GLONASS全球卫星导航系统以及欧盟的伽利略定位系统。由于GPS系统的基本定位原理简单，只需通过卫星星历获得卫星的运行状态，再利用卫星钟差计算接收机与GPS卫星的距离，最后用三角定位法计算出接收机的位置即可；GPS技术遍及我们的生活之中，小到手机手表，大到轮船汽车，均可配置不同型号及精度的GPS定位模块。尽管GPS在室外定位具有很好的的应用前景且具有较高的普及程度，但由于建筑物的遮挡、同一建筑有不同的楼层，原有的室外定位系统到了室内便很难发挥其优势。在这种情况下，以WiFi、蓝牙等为代表的室内定位技术便成了首选的研究对象。