摘 要

如GPS这种室外定位技术在开阔的室外条件下定位效果比较好，利用这种室外定位技术，可以进一步实现室外跟踪，满足人们的各种需求。但是在环境较复杂的室内环境由于穿透力差的原因却无能为力。室内定位是室内跟踪的关键技术，因此为了满足人们对室内跟踪的各种需求，室内定位技术是首先应该被研究的。在各种室内定位技术中， 基于无线信号的室内定位中，测距主要基于接收信号强度（RSS）测距模型。由于其硬件系统要求低、算法容易实现，低成本，高精度脱颖而出。

本篇论文主要想通过室内定位，来进一步实现室内跟踪。因此研究了现有的几种室内定位的方案，通过对比，分析几种方案的优缺点，选择了一种基于RSSI的室内定位从而进行跟踪的解决方案。通过在Linux系统上搭建GNU RADIO软件无线电平台，配合USRP N210收发信号。模拟Wi-Fi发送OFDM调制信号，并将接收到信号进行解调，同时将接收到的信号保存。将之前存储的数据利用MATLAB进行高斯滤波、聚类算法等的预处理。然后在线定位阶段通过比较最邻近法、朴素贝叶斯法、核函数法等算法，的MATLAB运行结果，找出算法的最佳参数。最后利用卡尔曼滤波，实现人体跟踪，并在一定程度上提高了定位精度。

研究结果表明：GNU RADIO 与USRP 能成功模拟Wi-Fi信号收发，并提取出RSSI。基于RSSI的室内定位算法，能在一定误差允许范围内成功定位。结合K-Means算法和WKNN算法能够一定程度上减少数据规模，降低运算时间，提高定位精度，最后利用卡尔曼滤波能实现人体跟踪。

本文的特色：利用GNU RADIO和USRP模拟WIFI信号收发，采集RRSI数据。比较几种室内定位算法，选出最优，实现室内定位，最后通过卡尔曼滤波算法，预测得出目标的移动轨迹，从而进一步实现室内跟踪。

关键词：室内跟踪；室内定位；RSSI；GNU RADIO；算法

Abstract

Outdoor positioning technology such as GPS is better positioned under open outdoor conditions. With this outdoor positioning technology, outdoor tracking can be further realized to meet people's various needs. However, in a more complex indoor environment, due to poor penetration, nothing can be done. Indoor positioning is a key technology for indoor tracking. Therefore, in order to meet people's various demands for indoor tracking, indoor positioning technology needs to be studied first. Among various indoor positioning technologies, in wireless indoor positioning represented by a Wi-Fi wireless network, ranging is mainly based on a received signal strength (RSS) ranging model. Due to its low hardware system requirements and easy implementation of the algorithm, low cost and high precision come to the fore.

The main purpose of this paper is to achieve indoor tracking through indoor positioning. Therefore, several kinds of existing indoor positioning schemes are studied. By comparing and analyzing the advantages and disadvantages of several schemes, a solution based on RSSI indoor positioning is selected to track. By building a GNU RADIO software radio platform on a Linux system, the USRP N210 can send and receive signals. Analog Wi-Fi sends an OFDM modulated signal, demodulates the received signal, and stores the received signal. The saved data is imported into MATLAB for preprocessing such as Gaussian filtering and clustering algorithms. Then the online positioning stage finds the best parameters of the algorithm by comparing the results of the MATLAB operation of the nearest neighbor method, naive Bayes method, and kernel function method. Then continue to position and draw the trajectory to achieve tracking.

The research results show that: GNU RADIO and USRP can successfully simulate the sending and receiving of Wi-Fi signals and extract RSSI. The RSSI-based indoor positioning algorithm can successfully locate within a certain error tolerance range. Combining the K-Means algorithm and the WKNN algorithm can reduce the data size to some extent, reduce the operation time, and improve the positioning accuracy. Continuously locate and draw trajectory maps for real-time tracking.

The features of this article: Using GNU RADIO and USRP to simulate WIFI signal transceiving and collecting RRSI data. Compare several indoor positioning algorithms, choose the best, achieve indoor positioning, and achieve indoor tracking through continuous positioning.

Key Words：Indoor Tracking；Indoor Positioning；RSSI；GNU RADIO； algorithm

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究的目的及意义 1

1.2 国内外研究现状 3

1.3 研究内容 4

第2章 基于无线接收信号强度的室内移动人体定位与跟踪方法设计 5

2.1 基于RSSI的室内定位技术简述 5

2.2基于RSSI的室内无线测距原理简述 6

2.2.1基于RSSI的测距原理 6

2.2.2 RSSI测距影响因素 7

2.3 基于RSSI的室内无线指纹定位方法设计 7

2.3.1 离线数据采集 10

2.3.2 在线位置解析 11

2.4 基于RSSI的室内无线跟踪方法设计 13

2.4.1 目标节点运动模型 13

2.4.2 卡尔曼滤波跟踪算法 13

第3章 室内移动人体跟踪方法实现与性能验证 16

3.1 GNU RADIO信号收发模块 16

3.1.1 GNU RADIO信号发送模块 16

3.1.2 GNU RADIO信号接收模块 17

3.2 室内移动人体跟踪定位过程 18

3.3 室内移动人体跟踪定位结果仿真 19

第4章 总结与展望 24

参考文献 25

致谢 27

第1章 绪论

近年来，随着时代的不断发展和信息技术的不断进步，人体跟踪与定位在我们的生活中占据越来越重要的位置。随着生活水平的提高，对人体跟踪与定位以及基于跟踪与定位的各种服务的需求越来越迫切。今天，基于人体跟踪与定位的各种应用程序极大地促进了我们的生活。最典型的应用包括跟踪战场上的入侵者、定位建筑物中的物体、确定其数量、位置和移动、应急响应应用程序、工业和环境监测等等。显然这些应用的成功取决于定位涉及目标的准确性以及预测监测区域的未来路径。因此，近年来研究人员做出了很多努力来提高定位和跟踪的准确性。显然，基于跟踪与定位的服务改善了我们的生活。

跟踪的关键技术是定位，所以要实现跟踪，我们首先要了解如何实现定位。根据位置环境，无线定位技术大致分为两类：室外定位和室内定位。室内定位技术如全球定位系统（GPS）如今发展的相当成熟，定位准确度也很高，并能进一步提供室室外定位和各种室外的位置服务，包括室外人体跟踪，给人们带了极大的方便。然而，由于大多数人的日常活动都处于室内环境，因此不仅满足户外定位跟踪服务，而对室内定位与跟踪的需求也越来越强。然而，由于室内环境复杂，障碍多，且卫星信号不能穿透建筑，不能使用GPS进行室内跟踪与定位，基于无线信号的室内跟踪弄定位技术得到科研人员的重视和发展。

1.1 研究的目的及意义

随着社会的不断发展，跟踪定位技术成为一个热门技术。由于其广泛的使用范围，越来越多的研究人员开始研究这个技术。如今，跟踪定位技术发展比较成熟，很大成都上改善了我们的生活。比如，在公众场合寻找走失的小孩，或者在犯罪现场附近寻找跟踪犯罪嫌疑人的位置，在办公楼里找到需要的同事等等；在不能对目标进行精确定位，并跟踪其运动轨迹的情况下，会耗费我们大量人力和物力^[1]。因此，越来越多的研究人员致力于研究出一种能精确有效进行定位与跟踪的技术。