基站定位和WiFi定位的混合定位精度误差分析(基站定位和非基站定位什么意思)

基站定位 WiFi定位 定位精度 误差 分析| 2023-04-08 zhks

本文拟从基站和WiFi精度误差和误差概率入手对其展开分析和研究,同时将两者以及两者混合定位的精度误差和误差概率进行比较和分析,验证混合定位性能的优越性。

1 基本概念

1.1 基站定位

基站定位是指移动设备测量不同基站的下行导频信号,得到不同基站下行导频的TOA(Time of Arrival,到达时刻)或TDOA(Time Difference of Arrival,到达时间差)。根据该测量结果,结合基站的坐标,一般采用三角公式估计算法计算移动设备的位置。通常,如果移动台测量的基站数目越多,测量精度越高,定位性能改善越明显。手机基站定位技术是一种不依赖于GPS的无线定位技术,具有广阔的应用前景。应用手机基站定位技术进行道路交通信息采集,是当前交通信息工程领域研究的热点问题之一,在国内外属于新兴研究方向,均处于初步探索阶段。

1.2 WiFi定位

WiFi定位是通过无线接入网络节点组成的无线局域网络(WLAN),可以实现在复杂环境中的定位追踪。它以网络节点的位置信息为基础和前提,采用指纹数据库和信号传播模型相结合的方式,对已接入的移动设备进行位置定位,最高精确度为1~20 m。首先通过数据采集与制备,主动采集和用户静默上传获取每个WiFi热点的位置信息,然后确定移动设备和热点距离,通过算法推断出移动设备的位置,主要算法有三角定位算法、指纹定位算法以及最大似然算法等[5]。定位原理如图1表示。

1.3 定位精度误差

定位精度是空间实体位置信息(通常为坐标)与其真实位置之间的接近程度,通常通过两端点的坐标计算获得[6]。定位精度一方面与采用的定位技术有关,另一方面取决于提供业务的外部环境,包括无线电传播环境、基站的密度和地理位置以及定位所用设备等。定位精度误差源于许多因素,在室内主要是障碍物太多,如沙发、家具、人等,同时可能还伴有环境干扰,如灯、温度、声音等干扰。文本中精度误差表示实际值与测量值之间误差,如果精度高,则表示精度误差小,如果精度低,则表示误差大。

2 基站定位及WiFi定位测试及仿真分析

2.1 基站定位精度误差测量及数据分析

基站定位精度误差数据测定是将手机置于室内中,在室内情况下依然能收到基站发送的信号。数据都是重复测量得出精度误差值,并统计其概率大小,统计结果如表1所示。

根据实验测量的数据和概率大小,在MATLAB软件中描出精度数值与精度数值概率的对应关系,并拟合出基站定位精度与概率的曲线,结果如图2所示。

由图2的拟合曲线可以看出,基站定位精度误差与概率拟合曲线为瑞利分布曲线,基站的定位精度误差较大,这是由于在不同位置接收到的基站信号强弱不同。

2.2 WiFi定位精度误差测量及数据分析

实验在室内完成,WiFi信号来自学校无线网,信号满格。记录一段时间内精度误差值,并计算数值概率,汇总数据如表2所示。

通过数据汇总表表2可以看出,WiFi定位精度误差相比基站定位小很多。它的精度误差大部分集中在43~45 m。根据实验测量的数据和概率大小,在MATLAB软件中描出精度数值与精度数值概率的对应关系,并拟合出WiFi定位精度与概率的曲线,结果如图3所示。

由图3的拟合曲线可知,WiFi定位精度误差与概率拟合曲线满足高斯分布。

2.3 基站与WiFi结合定位精度误差测量及数据分析

基站与WiFi一起开启来测精度误差。同时开启两者,手机选择两者任意一个技术来完成一次定位。选择不同地方的WiFi环境下测量,根据多次实验,汇总表如表3所示。

根据实验可以看出,WiFi与基站结合定位来看,这两种定位技术同时开启,精度误差数值基本在41~63 m。根据实验,利用MATLAB拟合这种情况下的误差精度和概率的曲线,结果如图4所示。

根据实验数据和拟合曲线可以看出,两种结合定位满足精度误差位于一定的范围内。