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第卷第期8 5 信息技术快报
Information Technology Letter Sep. 2010
基于 WiFi 的室内定位方法及系统
刘军发陈益强赵中堂宁琼
摘要:在现代信息化生活中,人们对室内定位的需求日益增多,对系统定位精度要求也越来越高。如机场
和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。本文针对
室内定位在实际应用中的多方面问题进行了深入研究。具体工作包括:基于非标定信号流形特征的定位方
法研究、设备与时间迁移的定位研究、大面积接入点(AP)无缝切换定位研究、垂直空间的相同楼宇定位
模型迁移研究、面向接入点缺失与稀疏条件的定位研究、基于单接入点的房间级定位研究、免标定定位方
法研究以及基于 WiFi 定向特征的定位研究等。实验表明,基于 WiFi 的室内定位技术日渐成熟,其定位精
度以及系统的易用性正在使该技术向低成本实用化的目标迈进。

关键词: WiFi 室内定位流形正则化迁移学****大面积定位垂直空间定位接入点缺失单接入点定位定
向接入点定位
1 序言
随着无线通信技术及其基础设施的迅速发展与完善,定位技术与系统得到研究领域与工
业界的共同关注。从基于 GPS1的室外定位技术,到基于红外、超声波的短距离定位技术,
再到基于 WiFi2信号的室内定位技术,都出现了大量研究工作及其应用系统。这些技术由于
涉及到的硬件的工作机制不同,各有其使用场景与适用范围。基于卫星通信的 GPS[1,2]是目
前应用最为广泛的定位技术,具有良好稳定的定位性能。其局限性在于需要与卫星保持视线
可视的条件,在室内或建筑物环境中,无法定位。近十年来,室内定位涌现出了许多系统方
案。如:AGPS 定位、超声波定位系统[3]、蓝牙(Bluetooth)[4]、红外线定位[5]、基站定位[6]
等。这些系统在应用中也都存在一定的应用范围与局限。如 AGPS、基站方式需要对基础设
施进行改造,成本较高;蓝牙的探测范围较小;超声波与红外线方式易受介质遮挡等等。
近年来,基于 协议的无线局域网(WLAN)的信号强度定位技术日益
受到重视,目前主流的 PDA、笔记本等移动设备中都内置无线网卡,从设备上为该定位技
术提供了便利。基于信号强度的定位技术基本原理是根据接收到的信号的强度推算信号接收
器与信号源之间的距离,与基于信号到达时间(TOA)和信号到达时间差(TDOA)以及信
号到达角度(AOA)的定位技术相比,它不需要添加额外的硬件设备;更为重要的是,它
不易受到障碍物的干扰,不会因为室内环境过于复杂而导致定位精度剧烈下降。目前,在国
外这方面的研究主要有微软研究院[7]、IBM 公司[8]、英特尔公司[9]、卡内基梅隆大学[10]、匹
兹堡大学[11]、马里兰大学[12]等,中国研究机构则有香港科技大学[13]、台湾国立交通大学[14]
以及中国科学院计算技术研究所[15,18~24,31]、浙江大学[16]等。
室内定位技术面临的最大挑战在于环境的多样性与动态性。如小型建筑和大型建筑的不
同,单层建筑和多层建筑的不同,不同建筑中接入点(Access Point, AP)的分布不同,建筑
中物品的摆放对接入点信号遮挡的不同,不同时间段、不同的室内温度、湿度对信号衰减影
响的程度不同,接入点信号自身的不稳定等。上述环境条件均会影响定位方法的性能。本文

1 Global Positioning System,全球定位系统。由美国军方开发建设
2 一个无线网络通信技术的品牌
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基于WiFi的室内定位方法及系统
在这些方面分别进行了较深入的研究,并取得一定成果。
以下内容具体安排如下:第二章分别就室内定位面临的多种实际挑战问题进行研究,给
出了相应的对策及实验结果;第三章介绍典型的室内定位应用场景;第四章对本文研究以及
下一步工作进行总结与展望。
2 基于 WiFi 信号的室内定位方法
基于 WiFi 信号流形特征与正则化的定位方法
背景
传统的机器学****方法只使用标定数据(特征向量/标号对)作为训练集。但是获得室内
定位所需的标定数据一般比较困难,或者费时费力,甚至需要专业人员的参与,获得未标定
数据却相对比较容易。而半监督机器学****算法则使用大量的未标定数据和少量的标定数据进
行训练,减少工作量的同时得到更好的性能。流形正则化就是这样一种半监督机器学****算
法[17] ,它将谱理论、流形学****和再生核希尔伯特空间(RKHS)上的正则化等概念有效地结
合在一起。我们基于这个框架进一步提出了一种有效的半监督机