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基于GMM-DBC的CSI室内定位算法

李新春 李莹

李新春, 李莹. 基于GMM-DBC的CSI室内定位算法[J]. 全球定位系统, 2023, 48(1): 117-124. doi: 10.12265/j.gnss.2022184
引用本文: 李新春, 李莹. 基于GMM-DBC的CSI室内定位算法[J]. 全球定位系统, 2023, 48(1): 117-124. doi: 10.12265/j.gnss.2022184
LI Xinchun, LI Ying. CSI indoor positioning algorithm based on GMM-DBC[J]. GNSS World of China, 2023, 48(1): 117-124. doi: 10.12265/j.gnss.2022184
Citation: LI Xinchun, LI Ying. CSI indoor positioning algorithm based on GMM-DBC[J]. GNSS World of China, 2023, 48(1): 117-124. doi: 10.12265/j.gnss.2022184

基于GMM-DBC的CSI室内定位算法

doi: 10.12265/j.gnss.2022184
基金项目: 国家自然科学基金 (61372058)
详细信息
    作者简介:

    李新春:(1963-),男,高级工程师,硕士生导师. 主要研究方向为无线传感器网络、图像处理与室内定位

    李莹:(1998-),女,硕士,主要研究方向为无线室内定位与机器学习

    通信作者:

    李 莹 E-mail: 2050775272 @qq.com

  • 中图分类号: TN92

CSI indoor positioning algorithm based on GMM-DBC

  • 摘要: 针对贝叶斯室内定位技术存在定位精度低及时间复杂度较高的问题,提出了一种基于高斯混合模型和密度聚类(GMM-DBC)的信道状态信息(CSI)定位算法. 通过对分模型参数的初次估计构建GMM概率分布模型并进行误差计算;引入确定分模型个数(DSM)策略,结合误差计算结果更新GMM模型参数,减小由模型精度引起的定位误差;基于不同参考点的分布特征,判断参考点间紧密程度,将紧密相连的参考点划为一类,减小搜索范围,降低时间复杂度;根据分簇结果,利用改进的贝叶斯概率算法进行权值计算,得到最终定位结果. 实验结果表明:所提算法能较好地提高定位精度,降低时间复杂度.

     

  • 图  1  不同数据包数量的CSI幅度信息

    图  2  RSS与CSI幅度值对比

    图  3  预处理前后对比

    图  4  系统流程图

    图  5  室内分布图

    图  6  真实场景图

    图  7  CSI直方图、GMM、GSM分布曲线

    图  8  迭代参数

    图  9  GMM与GSM误差累积分布函数

    图  10  不同定位算法的CDF

    表  1  $k$值对累积误差的影响

    序号$k$值累积误差
    1$k$=215.836
    $k$=315.854
    $k$=415.860
    $k$=515.881
    2$k$=211.620
    $k$=311.566
    $k$=411.568
    $k$=511.567
    3$k$=215.855
    $k$=315.845
    $k$=415.838
    $k$=515.840
    下载: 导出CSV

    表  2  不同方法定位精度对比

    算法最大定位
    误差/m
    最小定位
    误差/m
    平均定位
    误差/m
    定位时间/
    s
    本文算法4.052 60.097 21.012 313.2
    CNN4.859 20.218 41.268 615.7
    WKNN-
    贝叶斯
    6.772 80.225 31.667 813.5
    传统贝叶斯5.942 10.463 41.779 717.6
    下载: 导出CSV
  • [1] ZHOU T Y, LIAN B W, YI Z, et al. Amp-Phi: a CSI-based indoor positioning system[J]. International journal of pattern recognition and artificial intelligence, 2018, 32(21): 1-22. DOI: 10.1142/S0218001418580053
    [2] KIM G T, ZAR A K, AUNG M S, et al. Review of indoor positioning: radio wave technology[J]. Applied sciences, 2020, 11(1): 279. DOI: 10.3390/app11010279
    [3] YANG C C, SHAO H R. WiFi-based indoor positioning[J]. IEEE communications magazine, 2015, 53(3): 150-157. DOI: 10.1109/MCOM.2015.7060497
    [4] BOORANAWONG A, SENGCHUAI K, BURANAPANICHKIT D, et al. RSS-based indoor localization using multi-lateration with zone selection and virtual position-based compensation methods[J]. IEEE access, 2021(99): 1-1. DOI: 10.1109/ACCESS.2021.3068295
    [5] ZHANG J, MAO H Q. WKNN indoor positioning method based on spatial feature partition and basketball motion capture[J]. Alexandria engineering journal, 2022, 61(1): 125-134. DOI: 10.1016/j.aej.2021.04.078
    [6] 吴哲夫, 徐强, 王中友, 等. 基于信道状态信息的无源室内定位[J]. 哈尔滨工程大学学报, 2017, 38(8): 1328-1334.
    [7] 聂大惟, 朱海, 吴飞, 等. 基于RSSI概率分布与贝叶斯估计的加权定位方法[J]. 全球定位系统, 2022, 47(02): 52-59.
    [8] 刘帅, 王旭东, 吴楠. 一种基于卷积神经网络的CSI指纹室内定位方法[J]. 工程科学学报, 2021, 43(11): 1512-1521.
    [9] 杨如民, 陈敏, 余成波. 基于贝叶斯概率优化的Wi-Fi室内定位算法[J]. 计算机应用与软件, 2021, 38(2): 97-144. DOI: 10.3969/j.issn.1000-386x.2021.02.017
    [10] TSE D N C, VISWANATH P. Fundamentals of wireless communication (hardcover)[M]. Britain: Cambridge University Press, 2005. DOI: 10.1017/CBO9780511807213
    [11] ASHERI H, HOSSEINI R, ARAABI B N. A new EM algorithm for flexibly tied GMMs with large number of components[J]. Pattern recognition, 2021(114): 107836. DOI: 10.1016/j.patcog.2021.107836
    [12] SUN H J, WANG S R. Measuring the component overlapping in the gaussian mixture model[J]. Data mining and knowledge discovery, 2011, 23(3): 479-502. DOI: 10.1007/s10618-011-0212-3
    [13] 柳兴旺. 一种有效估计负二项分布参数的EM算法及其应用[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2019.
    [14] TSENG C H, YEN J S. Enhanced gaussian mixture model for indoor positioning accuracy[C]// International Computer Symposium (ICS), 2016: 462-466. DOI: 10.1109/ICS.2016.0099
    [15] KUMAR V, DHOK S B, TRIPATHI R, et al. A review study of hierarchical clustering algorithms for wireless sensor networks[J]. International journal of computer science issues (IJCSI), 2014, 11(3): 92-101.
    [16] 宋董飞, 徐华. DBSCAN算法研究及并行化实现[J]. 计算机工程与应用, 2018, 54(24): 52-56. DOI: 10.3778/j.issn.1002-8331.1808-0423
    [17] BIRANT D, KUT A. ST-DBSCAN: an algorithm for clustering spatial-temporal data[J]. Data and knowledge engineering, 2007, 60(1): 208-221. DOI: 10.1016/j.datak.2006.01.013
    [18] 阮曙芬. 属性加权多项式朴素贝叶斯算法及应用研究[D]. 武汉: 中国地质大学, 2021.
    [19] IBRAHIM M, YOUSSEF M. CellSense: a probabilistic RSS-based GSM positioning system[C]// IEEE Global Telecommunications Conference GLOBECOM, 2010. DOI: 10.1109/GLOCOM.2010.5683779
    [20] 李新春, 赵忠婷, 于洪仕. 基于局部线性嵌入和梯度提升决策树的信道状态信息室内指纹定位算法研究[J]. 激光与光电子学进展, 2022, 59(2): 392-402.
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-10-10
  • 网络出版日期:  2023-02-07

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