摘 要

二十一世纪以来，随着移动终端的不断更新和广泛普及，以定位技术为基础而衍生出的各种位置服务层出不穷，热度不减，因此定位技术因其不可或缺性，成为了社会研究的重点，而室内外无缝定位技术也因大众对位置要求的不断提高，而被广泛关注。

全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)由于其定位范围广，定位精度高，实时性强等特点，被大量运用于室外定位过程，可当区域变得拥挤，不再开阔，基于卫星的GNSS定位能力会大大减弱，甚至失灵。而基于无线局域网(Wireless Local Area Network, WLAN)的室内定位技术具有成本低廉、部署方便等优点，可广泛应用于GNSS系统无法涉及的繁华区域和室内定位。本论文主要研究了将GNSS、WLAN技术相结合的无缝定位技术：

1. 通过阅读文献了解切换的标准和条件，根据所得数据设计出GNSS/WLAN的切换机制，将室内外定位技术相结合。
2. 分别利用最小平方误差的多边优化算法，和引进群智点(Crowd-sourcing points, CP)和Voronoi图进行定位的坐标校正的优化算法。

通过降低WLAN技术的定位误差，进而对无缝定位系统的定位性能进行优化，一定程度提高系统的定位精度，实现较为完善的基于GNSS/WLAN的无缝定位系统。

关键词：无缝定位技术 GNSS 多边定位 坐标校正 Voronoi图

Seamless localization and performance optimization of GNSS/WLAN

Abstract

Since the 21st century, with the continuous updating and widespread popularization of mobile terminals, various location services based on location technology emerge in endlessly, and the heat is not decreasing. Therefore, location technology has become the focus of social research because of its indispensability, while indoor and outdoor seamless positioning technology has been widely concerned because of the position requirements of the public.

Global Navigation Satellite System(GNSS)is widely used in outdoor positioning because of its wide positioning range, high positioning accuracy and strong real-time performance. When the area becomes crowded and no longer open, The capability of GNSS which based on satellite will be greatly weakened or even fail. While the indoor positioning technology based on Wireless Local Area Network(WLAN)has the advantages of low cost and easy deployment. It can be widely used in busy areas and indoor positioning that GNSS system can not cover. This paper mainly studies the seamless positioning technology which combines GNSS and WLAN technology.

1) By reading the literature to understand the criteria and conditions of handover, the handover mechanism of GNSS/WLAN is designed based on the data obtained, which combines indoor and outdoor positioning technology.

2) Multilateral optimization algorithm based on least square error and optimization algorithm based on Crowd-sourcing points(CP)and Voronoi diagram are used to correct coordinates.

By reducing the positioning error of the indoor part, and optimizing the positioning performance of the system, the positioning accuracy is improved to a certain extent, and an advanced seamless positioning system based on GNSS/WLAN is realized.

Key words: seamless localization; GNSS; multilateral positioning; coordinate correction; Voronoi diagram

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究背景： 1

1.2国内外研究概况： 2

1.2.1 卫星导航技术 2

1.2.2 无线局域网定位技术 3

1.2.3无缝定位技术 4

1.3 论文结构安排 5

第二章 无线定位技术相关理论 6

2.1 卫星导航系统定位原理 6

2.2 几何测量法定位技术 7

2.2.1 基于信号到达时间的定位方法 7

2.2.2 基于信号到达时间差的定位方法 7

2.2.3 基于信号到达角度的定位方法 8

2.2.4 基于信号接收强度的定位方法 9

2.3 无线信号传播模型 10

2.3.1 对数距离路径损耗模型 11

2.3.2 COST231-Hata模型 11

2.4 本章小结 13

第三章 无线定位技术相关算法理论 14

3.1卫星导航系统定位算法 14

3.2 多边定位算法 16

3.3 GNSS/WLAN切换算法 17

3.4 本章小结 20

第四章 实物测试与结果优化 21

4.1 实验过程及场景介绍 21

4.2算法仿真 23

4.2.1 WLAN定位技术 23

4.2.2 卫星定位室外定位技术 24

4.2.3 无缝定位技术 25

4.3 多边定位算法的改进 26

4.4 利用群智点的优化 27

4.4.1 传播模型优化 28

4.4.2 坐标优化和校正 29

4.4.3 仿真结果 30

4.5 无缝定位的优化结果 31

4.6 数据汇总及分析 32

4.7 本章小结 33

第五章 总结与展望 34

参考文献 35

致 谢 37

第一章 绪论

1.1研究背景：

俗话说：“千里之行，始于足下。”祖先的隽语意义深刻，警醒后人：比起出发本身，更重要的在于了解此刻脚下的位置，以确定未来前进的方向。因此，千百年来，人类对于自身的位置所在有着深深的执念，从根据北极星和太阳确定方向，到全球经纬度的设定，到手机导航的产生，甚至是那重要的哲学一问——“我在哪”。而随着科学技术的不断发展和快速更新，人类对定位技术，以及其衍生出的各种位置服务(Location Based Service, LBS)提出了更高的要求，而定位也不再仅仅意味着导航和寻找方向。大地测量、地震预报、车辆的运输调度、深林防火、航海航空安全、地质勘探和国土开发都离不开强大的定位技术。而更贴近人们生活的服务，例如疗养院内病人的看护，博物馆的无线导游，朋友圈的定位标签……都让人们无时无刻不处于连接之中，无时无刻不品尝到定位技术带来的便利。因此，室内外无缝定位技术已成为当前的研究热点，并具有现实意义。

室外定位技术一般采用卫星定位。全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)，它包括美国全球定位系统(Global Positioning System, GPS)、俄国全球卫星导航系统，格洛纳斯(Global Navigation Satellite System, GLONASS)，欧洲的伽利略卫星定位系统(Galileo satellite navigation system, GALILEO)，北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System, BDS)等各个导航系统，利用其中的一个或多个系统进行定位，并同时提供卫星有关于导航安全性告警信息，和在此次定位中检验信息的完备性[1]。GNSS定位具有极为广泛的定位覆盖范围和较高的定位精度，因此常被运用于室外开阔地区的位置定位和导航。另外，当全球导航卫星系统运用在车载导航时也能充分反映出其极强的实时性[2]。但是当存在各种物体以及建筑物对卫星信号的遮挡时，GNSS定位能力会直线下降，因此在繁华的城区、室内甚至高楼较多的乡镇，依靠卫星的定位将会有较大误差，无法信任，甚至有时会有失效的现象发生[3]。

相关图片展示：