可见光室内定位系统的指纹融合算法

发布时间：2020-10-22 05:50

　　 近年来随着计算机、智能设备的快速发展,在生活和工作中室内定位已经成为一项必不可少的基本服务。全球定位系统(Global Positioning System,GPS)的发展日趋成熟,但是在室内由于卫星的信号受到障碍物的遮挡导致信号衰减太大,定位精度不高。基于发光二极管(Light Emitting Diode,LED)的可见光室内定位系统以其覆盖范围广、传输距离远、信息传输速度快以及实现简单等特点,已逐步成为研究的焦点。本文对可见光室内定位系统的基本原理,包括系统模型、信道模型等问题进行了全面的研究,讨论了室内环境中各种因素对定位结果的影响。对于可见光室内定位技术中常用的指纹定位法进行了一些改进:比如在信号采集阶段,信号强度是波动的并且概率分布服从正态分布,对室内环境的接收信号强度进行预处理;指纹库中存储的数据量较大,在定位阶段就要匹配大量的网格点,增加了计算的复杂度;贝叶斯算法的定位结果与定位目标的实际位置相差较大。本文的具体工作如下:首先,建立可见光室内定位的系统模型,对室内发送端的信号强度和接收端的信号强度以及信噪比进行了仿真分析。仿真结果验证了可见光室内通信兼具照明与通信的功能。其次，将指纹定位法中较为常见的K近邻算法和贝叶斯算法进行了仿真分析,根据定位结果结合两种算法的优势,提出了一种融合的算法,减小了定位误差的同时降低了可见光室内定位系统的功耗。然后,采用了均值滤波和高斯滤波两种滤波算法对接收信号强度进行预处理,并且对比分析了两种算法的滤波效果。在建立指纹库后,选择高斯滤波的高概率区间筛选法,滤掉指纹库中的一些数据,提高了定位时数据的准确性与稳定性。最后,对指纹库进行区域划分,分为几个类簇。用聚类分析算法计算得到指纹库中后验概率最大的类簇,在这一类簇中运用贝叶斯算法确定定位目标的位置,从而解决了贝叶斯算法中定位结果较为离散的的问题。
【学位单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN929.1;TN713
【部分图文】：

术主要有红外线、超声波、射频识别（Ｒａｄｉｏ?Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ＲＦ１Ｄ）??Ｗｉ－Ｆｉ、蓝牙和超宽带（Ｕｌｔｒａ?Ｗｉｄｅｂａｎｄ，?ＵＷＢ）等。一些主要的室内定位方法的??比较如图２．１所示。??定位性能??Ａ??，一、、??（地磁ｊ??ｌＯＯｍ?—?＼?）??１０ｍ?—广、?＇ＲＦＩＤ丨波／八丨禽、??／；ＴＡＹ＼?；、人夕机视）??＇＾Ｊ?Ｕｚ＼?—、、、觉，??ｗＵｅｅ／丨，、一??—?（ＬＥＤＶ’?丨蓝牙?ｊ??、／?、、一，??０．?５ｍ?—?广、＇??一（超宽、丨??＂激、带）??丨、每，、一’??易?难??图２．１各种定位方法定位精度比较??下面简单介绍几种典型的室内定位系统。??红外线定位［２９］：红外线定位是一种基于视距传播的定位方式，其定位原理??是由红外线发射器发射周期性的带有唯一丨Ｄ的红外信号，通过室内的光学传感??器接收进行定位。定位方式一般分为两种：一种方式是需要目标携带电子红外标??签

图２．３红外网络定位原理图??然红外线的室内定位精度很高，但由于红外线不能穿过障碍物，性相对较差，仅适合短距离传输。而且系统容易被日光或者荧光射装置和接收装置数量较多，成本较高，在定位精度上有局限是ＡＴ＆Ｔ公司开发的基于红外线室内定位系统的Ａｃｔｉｖｅ?Ｂａｄｇｅ定波定位超声波定位是一种基于测距的定位方法，通过三边的位置。其定位原理是在目标上携带一个超声波电子标签发射超内安装若干超声波接收器，接收由电子标签产生的回波。根据回间差计算出目标和接收器之间的距离。如图２．４所示。??波定位的系统结构简单、定位精度较高，但超声波定位采用的是多径效应和非视距传播的影响很大，同时需要较多的超声波接一般超声波定位和射频定位结合起来使用，如ＡＴ＆Ｔ的Ａｃｔｉｖｅ?Ｂ发的Ｃｒｉｃｋｅｔ系统。??识别（ＲＦ１Ｄ）定位［３１］：射频识别技术一般分为有源和无源两大类，

０）?Ａ?０）红外线接收??〇??图２．２红外电子标签定位原理图??〇］?｛〇??红〇?？〇红??外〇?＾〇外??发〇?＾〇接??射Ｇ?＾０收??器０?／＞〇器??〇——／￣￣？０??定位目标??图２．３红外网络定位原理图??虽然红外线的室内定位精度很高，但由于红外线不能穿过障碍物，其稳定性??及穿透性相对较差，仅适合短距离传输。而且系统容易被日光或者荧光灯干扰，??需要的发射装置和接收装置数量较多，成本较高，在定位精度上有局限性。较为??成功的的是ＡＴ＆Ｔ公司开发的基于红外线室内定位系统的Ａｃｔｉｖｅ?Ｂａｄｇｅ定位系统。??超声波定位超声波定位是一种基于测距的定位方法，通过三边定位法??确定目标的位置。其定位原理是在目标上携带一个超声波电子标签发射超声波信??号，在室内安装若干超声波接收器，接收由电子标签产生的回波。根据回波与发??射波的时间差计算出目标和接收器之间的距离。如图２．４所示。??超声波定位的系统结构简单、定位精度较高，但超声波定位采用的是直射信??号，受到多径效应和非视距传播的影响很大，同时需要较多的超声波接收器，成??本很高。一般超声波定位和射频定位结合起来使用
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 张胜利;焦诚;付永恒;;室内定位方法和技术综述[J];数字技术与应用;2018年10期

2 陈献;王贵鑫;;室内定位技术发展及应用研究[J];科学技术创新;2019年17期

3 苗青;李敬能;;室内定位的发展与应用[J];中国新通信;2019年14期

4 王思阳;梁文清;周晓婷;李佳敏;林丹仪;郑誉煌;;基于蓝牙射频的室内定位系统[J];工业控制计算机;2016年12期

5 袁海涛;刘岩;;无源室内定位导航技术服务平台设计与应用[J];北京测绘;2017年S1期

6 谢思远;罗圣美;李伟华;韦薇;;精准室内定位关键技术及应用[J];信息通信技术;2015年06期

7 牛长流;王迪;孟杉;张天;;基于惯性导航的室内定位技术[J];数码世界;2017年06期

8 张超;;一种基于距离的室内定位算法模型[J];中国原子能科学研究院年报;2013年00期

9 ;室内定位蓄势待发[J];建材发展导向;2013年06期

10 姜振宇;袁瑞铭;鲁观娜;李文文;王晨;吕言国;李光远;;基于比幅分区法的室内定位技术研究与应用[J];电测与仪表;2018年S1期

相关博士学位论文 前10条

1 蔡超;基于智能移动终端声音传感器的低延迟室内定位技术研究[D];华中科技大学;2019年

2 钱久超;基于无约束自包含传感器的行人室内定位技术研究[D];上海交通大学;2016年

3 黄增士;基于三维信息的室内定位导航系统研究与应用[D];中国科学技术大学;2018年

4 毋杰;基于RFID、惯性传感器、磁场特征的室内定位关键技术研究[D];华东师范大学;2019年

5 崔玮;无线传感器网络室内定位关键技术研究[D];东北大学;2017年

6 张磊;基于声音的智能移动终端室内定位关键技术研究[D];浙江大学;2019年

7 侯忆楠;基于可见光通信的室内定位关键技术的研究[D];上海交通大学;2017年

8 田清霖;移动计算平台的室内定位系统研究及优化加速[D];浙江大学;2016年

9 郭莹莹;基于群智感知的低功耗蓝牙室内定位技术的研究[D];北京邮电大学;2017年

10 史永;空间场景约束的室内定位方法研究[D];南京师范大学;2016年

相关硕士学位论文 前10条

1 牛天宇;基于移动蜂窝网络的位置指纹室内定位[D];北京交通大学;2019年

2 谢地;基于超声波的高精度室内定位系统研究与实现[D];合肥工业大学;2019年

3 石敏;融合多滤波器的iBeacon室内定位方法研究与实现[D];杭州电子科技大学;2019年

4 朱世林;基于弱监督学习的室内定位方法研究[D];电子科技大学;2019年

5 程默;基于机器学习的室内定位与数据融合算法研究[D];电子科技大学;2019年

6 赖春雷;一种易于部署和维护的蓝牙室内定位技术的实现[D];电子科技大学;2019年

7 邓军龙;以AP为中心的企业级Wi-Fi室内定位系统的研究与部署[D];电子科技大学;2019年

8 吴婧涵;基于LoRa的室内定位技术研究[D];电子科技大学;2019年

9 苏明明;基于WiFi指纹定位算法的室内定位研究[D];合肥工业大学;2019年

10 汤晓峰;基于可见光通信的室内定位方案的应用研究[D];杭州电子科技大学;2019年

本文编号：2851190