近年来,随着移动网络和智能终端的发展,室内导航系统的实用性和必要性变得越来越重要。例如在大型商场、超市中的智能导购;在陌生的办公楼里寻找会议室;在庞大的停车场寻找停泊的车辆等。全球定位系统(Global Positioning System,GPS)被广泛应用于室外导航系统,然而由于信号衰减以及多径效应的影响,该系统只能工作在室外开阔的区域,无法实现室内复杂环境的可靠定位。因此,设计一个精确可靠、实时性高的室内导航系统来满足人们日益增长的室内定位服务需求具有重要意义。现有的室内导航系统(如基于Wi-Fi和蓝牙的室内定位系统等)大多需要架设基础网络设施(如无线AP及蓝牙基站等),并且需要构建庞大的信号指纹数据库,对于还未架设无线基础设施的场景便束手无策。针对上述问题,本文提出了一种基于地磁指纹的室内导航系统,只需要一部智能手机就能够让用户轻轻松松地实现室内任何位置的导航。相比于基于Wi-Fi和蓝牙的室内导航系统,基于地磁的室内导航系统不需要任何基础网络设施,应用广泛、灵活,实现成本低。为了实现上述导航系统,本文解决了以下几个挑战性问题:(1)利用地磁指纹进行定位导航的前提是构建建筑物内的地磁指纹数据库,然而在一些大型建筑物内构建地磁指纹数据库将会变得十分繁杂。本文将众包思想应用于地磁指纹数据库的构建工作,让智能手机用户参与到构建工作中来,从而能够极大地减小构建地磁指纹数据库的工作量。(2)为了实现定位,本文对地磁时间序列的进行了观察研究,并设计了一种地磁指纹匹配算法。该算法计算当前路径一段时间内采集到的地磁时间序列与地磁指纹数据库中的序列之间的相似性,并将相似性最高的路径映射成地图坐标,从而实现定位。(3)建筑物内或多或少存在着一些强磁异常点,也就是地磁干扰较强的点。这些点在地磁序列图像中往往很直观地显示为波峰或者波谷,因此很容易就能够识别出这些点。本文将这些点看作是“特征点”,利用这些“特征点”并结合之前的定位结果设计了定位校正算法,从而提高了系统定位导航的精度。本文设计的室内导航系统最大的特点是无需任何网络基础设施,仅仅利用了建筑物内的地磁信号便实现了定位及导航,并且利用众包思想解决了繁重的地磁地图构建工作。本文最终在安卓智能手机上部署系统,并邀请了四位志愿者在面积为700平方米的教学楼内进行了系统的性能评估。实验结果显示,本文设计的室内导航系统95%的定位导航误差在4米之内,最大定位误差不超过10米且平均定位误差小于3米,证明此系统能够为用户提供实时定位和导航服务,并且有着良好的定位导航精度。此外,本文对建筑物内地磁时间序列的特点进行了研究,并提出了基于动态时间规整算法来衡量两条长度不一的地磁时间序列之间的相似性,这也为借助地磁指纹实现室内导航的研究开拓了思路。