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联合Spline插值的Wi-Fi指纹匹配定位算法

赵万龙 田新元 陈超 刘功亮 李博

赵万龙, 田新元, 陈超, 刘功亮, 李博. 联合Spline插值的Wi-Fi指纹匹配定位算法[J]. 电子与信息学报, 2024, 46(9): 3563-3570. doi: 10.11999/JEIT230116
引用本文: 赵万龙, 田新元, 陈超, 刘功亮, 李博. 联合Spline插值的Wi-Fi指纹匹配定位算法[J]. 电子与信息学报, 2024, 46(9): 3563-3570. doi: 10.11999/JEIT230116
ZHAO Wanlong, TIAN Xinyuan, CHEN Chao, LIU Gongliang, LI Bo. Wi-Fi Fingerprint Localization Uniting Spline Interpolation[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2024, 46(9): 3563-3570. doi: 10.11999/JEIT230116
Citation: ZHAO Wanlong, TIAN Xinyuan, CHEN Chao, LIU Gongliang, LI Bo. Wi-Fi Fingerprint Localization Uniting Spline Interpolation[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2024, 46(9): 3563-3570. doi: 10.11999/JEIT230116

联合Spline插值的Wi-Fi指纹匹配定位算法

doi: 10.11999/JEIT230116
基金项目: 国家自然科学基金(62101158, 62171154),山东省自然科学基金(ZR2021QF004)
详细信息
    作者简介:

    赵万龙:男,博士,副教授,研究方向为室内定位、水下定位与导航、海洋信息感知等

    田新元:男,本科生,研究方向为室内定位

    陈超:男,硕士生,研究方向为室内定位

    刘功亮:男,博士,教授,研究方向为空天与水下通信、传感器网络、海洋信息获取及处理等

    李博:男,博士,副教授,研究方向为无线通信、空天地网络、海洋信息传感网等

    通讯作者:

    李博 libo1983@hit.edu.cn

  • 中图分类号: TN961

Wi-Fi Fingerprint Localization Uniting Spline Interpolation

Funds: The National Natural Science Foundation of China (62101158, 62171154), The Natural Science Foundation of Shandong (ZR2021QF004)
  • 摘要: 该文从降低现有的Wi-Fi室内定位技术算法成本、保证定位精度的角度出发,提出了联合Spline插值的Wi-Fi指纹匹配定位算法。在构建信号强度指纹数据库方面,该文提出了稀疏指纹库的构建,大大降低了数据采集的工作量和硬件需求,并且提出将混合滤波与Spline插值方法结合,对稀疏指纹数据库进行丰富。在信号强度指纹数据库的插值方面,经过相同程度的混合滤波后,与已知的反距离加权(IDW)插值算法相比,联合Spline插值方法能够实现对数据库的精确填充,实现更高的定位精度;在指纹匹配定位方面,采用K最邻近(KNN)等匹配算法实现高精度定位。通过仿真实验证明,该文所提出的联合Spline插值的Wi-Fi的指纹定位方法能够在仅需要构建低成本稀疏指纹数据库的前提下,保证较高的定位精度。
  • 图  1  混合滤波流程

    图  2  3邻域滤波

    图  3  5邻域滤波

    图  4  8邻域滤波

    图  5  邻域均值滤波示意图

    图  6  Spline插值算法流程图

    图  7  Wi-Fi指纹匹配定位系统流程图

    图  8  IDW填充前后AP信号强度分布图

    图  9  Spline填充前后AP信号强度分布图

    图  10  填充前3种定位算法定位路径与实际路径对比图

    图  11  填充前3种定位算法CDF曲线图

    图  12  Spline算法填充后3种定位算法定位路径对比

    图  13  Spline算法填充后3种匹配算法CDF曲线图

    图  14  Spline, IDW和原始稀疏数据库WKNN定位误差对比

    表  1  实验定位点的坐标及序号

    序号 坐标 序号 坐标 序号 坐标
    1 (2,13) 11 (10,14) 21 (15,11)
    2 (2,14) 12 (11,15) 22 (17,10)
    3 (2,15) 13 (12,13) 23 (15,9)
    4 (3,15) 14 (13,13) 24 (16,8)
    5 (4,13) 15 (14,15) 25 (15,7)
    6 (5,16) 16 (15,15) 26 (16,6)
    7 (6,15) 17 (16,15) 27 (15,5)
    8 (7,15) 18 (15,14) 28 (15,3)
    9 (8,16) 19 (17,13) 29 (15,2)
    10 (9,13) 20 (16,12)
    下载: 导出CSV

    表  2  Spline插值前后定位误差(m)

    NNKNNWKNN
    插值前1.401.060.78
    插值后0.910.720.72
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-03-01
  • 修回日期:  2024-07-20
  • 网络出版日期:  2024-07-29
  • 刊出日期:  2024-09-26

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