本书主要聚焦Wi-Fi室内定位的基本理论、技术及应用。首先,介绍位置服务的需求,并对目前室内外定位技术进行简要概述;其次,重点分析Wi-Fi定位原理、误差来源及其抑制技术;再次,介绍Wi-Fi定位精度限理论,包括基于RSS和CSI的定位精度限理论,并给出了验证分析;接着,介绍Wi-Fi定位接入点优化方法,包括静止和移动情况下的AP优化技术;然后,介绍基于流形学习的位置指纹定位方法及基于众包轨迹的室内运动地图构建的运动目标定位方法,包括指纹库构建、目标匹配定位及性能分析;最后,介绍Wi-Fi入侵检测技术,包括入侵检测数据库的构建、基于迁移学习的入侵检测算法及实验验证,并对实验结果进行分析。全书兼具理论性、资料性和实践性。
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重庆市研究生导师团队带头人、中国科协海智计划重庆工作基地青年海智专家工作委员会专家委员、重庆市产学研合作促进会常务理事、重庆邮电大学学术委员会委员和IEEE高级会员。
目录
第1章 位置服务与室内外定位 1
1.1 位置服务 1
1.2 卫星定位 4
1.2.1 卫星定位概述 4
1.2.2 GPS卫星定位 5
1.2.3 北斗卫星定位 7
1.2.4 格洛纳斯卫星定位 8
1.2.5 伽利略卫星定位 9
1.3 室内定位 10
1.3.1 Wi-Fi定位 10
1.3.2 RFID定位 11
1.3.3 蓝牙定位 12
1.3.4 UWB定位 13
1.3.5 红外定位 14
1.3.6 声学定位 15
1.3.7 视觉定位 15
1.3.8 5G基站定位 17
1.3.9 运动传感器定位 19
1.3.10 可见光定位 20
1.3.11 地磁定位 21
1.3.12 量子定位 22
1.4 参考文献 23
第2章 Wi-Fi定位原理及误差分析 25
2.1 引言 25
2.2 Wi-Fi定位技术原理 25
2.2.1 基于TOA的Wi-Fi定位 25
2.2.2 基于TDOA的Wi-Fi定位 26
2.2.3 基于AOA的Wi-Fi定位 27
2.2.4 基于FTM的Wi-Fi定位 28
2.2.5 基于信号传播模型的Wi-Fi定位 29
2.2.6 基于位置指纹的Wi-Fi定位 30
2.3 Wi-Fi定位误差与抑制 31
2.3.1 RSS位置指纹测量误差与抑制 31
2.3.2 CSI幅值误差与抑制 38
2.3.3 CSI相位误差与抑制 40
2.3.4 FTM误差与抑制 42
2.4 本章小结 44
2.5 参考文献 44
第3章 Wi-Fi定位精度限理论 47
3.1 引言 47
3.2 基于Wi-Fi接收信号强度的定位精度限理论 47
3.2.1 Wi-Fi定位过程等效模型 47
3.2.2 Wi-Fi定位精度与信道容量的关系 48
3.2.3 基于RSS的定位精度限 50
3.2.4 基于SSD的定位精度限 54
3.2.5 实验性能及分析 56
3.3 基于Wi-Fi信道状态信息的定位精度限理论 60
3.3.1 CSI异步效应 60
3.3.2 CSI异步效应对定位精度限的影响 62
3.3.3 基于CSI的定位精度限 68
3.3.4 实验性能及分析 72
3.4 本章小结 76
3.5 参考文献 76
第4章 Wi-Fi定位接入点优化方法 78
4.1 引言 78
4.2 基于模糊聚类的冗余接入点约简方法 78
4.2.1 多维RSS特征提取与预处理 78
4.2.2 基于模糊聚类的AP相关性集合构建 80
4.2.3 AP位置分辨力 81
4.2.4 实验性能及分析 84
4.3 基于模糊粗糙集的冗余接入点约简方法 93
4.3.1 模糊粗糙集约简模型 93
4.3.2 基于模糊信息熵的冗余AP约简 95
4.3.3 实验性能及分析 96
4.4 基于信号分布特征的移动接入点约简方法 102
4.4.1 移动AP对定位精度的影响 102
4.4.2 移动AP约简的联合判断准则 106
4.4.3 实验性能及分析 109
4.5 本章小结 116
4.6 参考文献 116
第5章 Wi-Fi位置指纹库构建方法 118
5.1 引言 118
5.2 基于标签数据的半监督Wi-Fi指纹定位数据库构建方法 119
5.2.1 径向基函数网络构造及标签数据库自适应构建 119
5.2.2 基于Co-training算法半监督指纹定位数据库的构建 122
5.2.3 实验性能及分析 128
5.3 基于流形学习的Wi-Fi位置指纹库构建方法 141
5.3.1 用于位置指纹库构建的流形学习算法 141
5.3.2 指纹样本容量优化 145
5.3.3 初始位置指纹库构建及扩充 147
5.3.4 实验性能及分析 150
5.4 本章小结 161
5.5 参考文献 162
第6章 Wi-Fi室内运动地图构建与定位方法 164
6.1 引言 164
6.2 基于众包轨迹的Wi-Fi室内运动地图构建方法 165
6.2.1 无标记的众包轨迹预处理 165
6.2.2 基于众包轨迹的Wi-Fi室内运动地图构建 172
6.3 基于像素模板匹配的Wi-Fi室内定位方法 175
6.3.1 基于像素模板匹配的Wi-Fi位置指纹库构建 175
6.3.2 基于抗差卡尔曼滤波的Wi-Fi室内定位 178
6.4 实验性能及分析 180
6.4.1 Wi-Fi室内运动地图构建结果与分析 180
6.4.2 基于像素模板匹配的Wi-Fi室内定位结果与分析 182
6.5 本章小结 187
6.6 参考文献 188
第7章 Wi-Fi室内入侵检测方法 189
7.1 引言 189
7.2 Wi-Fi室内入侵检测方法分类 189
7.2.1 基于阈值的Wi-Fi室内入侵检测方法 189
7.2.2 基于分类的Wi-Fi室内入侵检测方法 191
7.3 基于GAN的Wi-Fi扩展入侵数据库构建及特征提取 193
7.3.1 生成器与判别器的构建 194
7.3.2 扩展入侵数据库的构建 195
7.3.3 特征提取 196
7.4 基于迁移学习的室内入侵检测算法 198
7.4.1 源域与目标域构建 199
7.4.2 MKMMD最小化处理 200
7.4.3 迭代迁移 204
7.5 实验性能及分析 205
7.5.1 实验环境及平台 205
7.5.2 性能评价指标 206
7.5.3 基于GAN的数据库扩展结果分析 207
7.5.4 基于迁移学习的入侵检测结果分析 214
7.6 本章小结 221
7.7 参考文献 221