多源泛在信号的融合定位关键技术研究

为推进卫星导航定位这一新兴技术在更多领域的应用，迫切需要将卫星定位信号与地面多种泛在信号源进行集成形成泛在的无缝定位系统，现代无线城市工程、数字工程及三网融合为这一设想提供了新的基础支撑；本研究针对卫星定位信号在室内及城市峡谷等环境下面临的困境及多种行业对无缝定位的日益需求，将卫星定位信号与多种典型地面无线信号及信息，包括WLAN网、传感器网及兴趣点（POI）等进行集成，从各种泛在信号的特性认知着手，结合地面多源无线信号定位时的环境特性，构建泛在定位的时变环境认知模型，并采用自适应匹配的方法，形成综合推理模型进行融合定位，通过智能识别，集成支撑数据库构建及融合定位模型探讨等关键技术的研究与公关，进行城市环境下的多源泛在信号的无缝定位途径探索与研究，为智能城市及物联网等重大发展需求提供无缝空间位置信息支持，也为我国北斗导航定位大规模无缝应用进行基础技术研究。

GNSS定位在城市峡谷及室内的困境促成了多源泛在信号定位的兴起，本课题针对国内外关于多源泛在信号融合定位的缺乏与不足，历时三年，按照计划完成了以广州、香港为代表的大都市典型泛在信号资源，包括WiFi、GSM、WSN等的可获得性和分异状况调研；以WSN、WiFi及GSM信号为代表的泛在信号在室内外传播特性的研究，以及在此基础上融合定位和集成定位的研究；面向城市导航定位融入泛在信号分环境传播参数的POI库的探讨与构建研究；室内外基于环境参数的RSS空间分布数据库构建及采集软件的开发；基于环境识别的时空环境自适应非参数模型和定位的研究；探讨了主要定位方法包括三边交会、位置指纹匹配和质心定位的误差特性及其与网络节点分布的关系，基于误差特性的无缝平滑定位模型的研究；以及无缝定位在个人航迹推算、视觉导航及位置服务领域的应用研究。通过研究我们得出，大都市诸如广州、香港的泛在无线设施的建设为室内外定位提供了充足的资源，WiFi结合GSM等信号能够提供精度20米的定位支持，满足绝大部分位置服务的需求；不同定位方法及不同定位信号之间的互补性是融合集成定位的关键，比如基于WiFi的Cell-ID与交会相结合是利用了Cell-ID的快速和交会的精确，WSN和WiFi的混合利用了WSN的稳定性和WiFi普及性，GSM和WiFi的混合利用了GSM的覆盖率和WiFi的精确，遮蔽环境下GNSS因为集成了WiFi观测量才能够正常解算；对现有资源的梳理、组织与建库是城市导航定位的前提条件，面向城市导航定位的POI库可以借助现有POI资源，融入区分环境的泛在无线信号传播参数支持导航定位；基于环境参数的RSS空间分布数据库适应不同场景下的定位需求，室外数据采集终端向智能化、小型化发展；室内数据采集向低功耗和自动化发展，多基站模式实现了小范围数据库的自动采集及与环境参数的融合；复杂环境对于泛在信号定位的影响严重，提出时空环境自适应模型能够识别不同环境选择合适的参数根据RSS反演空间位置距离而实现精确定位；无缝平滑定位是进一步的需求，从各定位方法的误差特性入手，分析了其与网络节点分布的关系，提出边缘效应的概念，并提出基于边缘效应的无缝平滑定位算法；将无缝定位应用到了个人航迹推算、视觉导航及LBS数据挖掘等领域，效果明显。