基于可见光的室内三维定位算法研究
发布时间：2020-10-25 20:40
随着发光二极管LED灯的迅速发展,基于LED灯的室内可见光通信技术得到了国内外学者的广泛关注,室内可见光定位系统作为可见光通信系统中较为重要的一个分支,是一项极具发展潜力和应用背景的技术,已逐步成为研究的焦点。本文首先介绍了基于LED灯的可见光定位系统所用的定位方法,特别是通过接收信号强度RSS值来得到发射端和接收端之间的距离这种方法进行了详细分析。在理想直射信道模型的基础上,考虑到室内不可避免的不透明物体引起的反射光、通信设备中无源器件如电阻和馈线由于电子布朗运动引起的热噪声、以及在有源器件(如电真空管)中由于电子发射不均匀性所引起的散粒噪声等噪声的存在,建立多种噪声的模型,作为室内定位系统中的干扰因素,使得信道模型更贴近实际环境。将不透明物体对于直射光线的阻挡导致的反射情况进行总结,并且考虑到不同材料反射面或许会造成不同程度镜面反射和漫反射的影响,得出一种较为简单的反射模型,与实际定位过程更为符合。基于接收信号强度RSS得到发射端与接收端之间的距离后,由于上述噪声干扰影响,使用经典最小二乘的思想求解定位方程组,得到三维的定位目标。使用泰勒级数展开定位算法将非线性定位方程组线性化,以最小二乘法得到的定位目标作为初始值,在每一次递归运算中不断改进估计的定位位置,这种定位算法具备运算速度快、定位结果较精确的特点。针对现实环境下LED灯的安装和原有定位算法中存在的系统误差,使得定位方程组矩阵的系数矩阵中存在误差和上述噪声干扰下存在时观测矩阵存在误差的情况,采用总体最小二乘思想对非线性的超定方程组进行求解,利用最优最小二乘的解法求得一个不存在冗余量的总体最小二乘解,使得到的目标位置在现实环境中存在外界干扰情况下更加准确。
【学位单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN929.1
【部分图文】：
（２．５）??２．２信道特性及接收功率分布??可见光定位通信系统的线性基带信号传输模型如图２．２所示。??电信号输入?电信号输出??Ｊｌ?Ｉ??数字调制器?放大器??－－一Ｊｉ?ｎ?．．?ｊＬ?ｎ??光发射器?光电检测器??—？—?—＾—??光学系统?光学系统??输出光信号ｊ?ｒ输入光信号＾??室内空间??图２．２可见光定位系统信号传输框图??１０??
?ＬＥＤ??图２．１?ＬＥＤ灯光源的发射示意图??作为参考点发射光源的ＬＥＤ灯一般选用符合朗伯［２６］?（Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ）辐射模型的光??源，它的发光模型光强分布如式２．４所示，??Ｒ｛ｅ）?＝?＾＾ｃｏｓｍ｛ｄ）?（２．４）??２ｎ?［?２?２＿??其中，０表示ＬＥＤ灯光源的发射角度，ｍ表示光波束方向性的辐射阶数，可以根据??发射半功率角计算得到。??ｈｉ?２??（２．５）??２．２信道特性及接收功率分布??可见光定位通信系统的线性基带信号传输模型如图２．２所示。??电信号输入?电信号输出??Ｊｌ?Ｉ??数字调制器?放大器??－－一Ｊｉ?ｎ?．．?
带有人眼无法辨别出来的微弱的明暗亮变信号，通过室内空间到达接收端，被光电检??测器检测出来并且转化为电信号进行信号放大处理，根据光信号的亮暗变化信号及闪??烁情况转化成电信号的大小及频率等信息。图２．３给出可见光定位系统直射信号传输??模型。??光源??／??接收端??图２．３可见光定位系统直射信号传输模型??在直射模型下，发射端ＬＥＤ灯发出发射功率为ｆ的带有调制信号的光到达接收??端光检器ＰＤ处，两者之间直射路径信道增益可以表示为式２．６｜２７］，??Ｈｊ?＝＼＾＾￣＾ｃｏｓｍ（ｅ）ｃｏｓ（ｙ／）Ｔｓ（＾）ｇ（ｉ／）?Ｏ＜０＜ＦＯＭ?（２?６）??［０?０＞ＦＯＶ??其中，戽是光检测器接收面积，ＦＯＶ为光接收机视角（Ｆｉｅｌｄ?ＯｆＶｉｅｗ），０是辐射角，??Ｖ是接收角，乙化）是接收端光滤波器的增益，是光聚器增益，可以表示为式２．７，??其中／表示折射指数。??Ｖ２??，Ｘ?—ｒｆ——ｒ?０?＜?＾?＜?ＦＯＶ??ｇＷ）?＝?＼ｓｍ２｛ＦＯＶ）?Ｙ?（２．７）??０?ｙ／＞ＦＯＶ??在上述模型中，接收端ＰＤ接收到的来自发射源ＬＥＤ灯的信号强度可以用信号??功率进行描述，因此接收到信号的强度可以由式２．８表示出来，??Ｐｒ＝Ｐ＊Ｈｄ?（２．８）??式２．８中发射功率表示的ｆ是光功率
【参考文献】
本文编号：2855930
【学位单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN929.1
【部分图文】：
（２．５）??２．２信道特性及接收功率分布??可见光定位通信系统的线性基带信号传输模型如图２．２所示。??电信号输入?电信号输出??Ｊｌ?Ｉ??数字调制器?放大器??－－一Ｊｉ?ｎ?．．?ｊＬ?ｎ??光发射器?光电检测器??—？—?—＾—??光学系统?光学系统??输出光信号ｊ?ｒ输入光信号＾??室内空间??图２．２可见光定位系统信号传输框图??１０??
?ＬＥＤ??图２．１?ＬＥＤ灯光源的发射示意图??作为参考点发射光源的ＬＥＤ灯一般选用符合朗伯［２６］?（Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ）辐射模型的光??源，它的发光模型光强分布如式２．４所示，??Ｒ｛ｅ）?＝?＾＾ｃｏｓｍ｛ｄ）?（２．４）??２ｎ?［?２?２＿??其中，０表示ＬＥＤ灯光源的发射角度，ｍ表示光波束方向性的辐射阶数，可以根据??发射半功率角计算得到。??ｈｉ?２??（２．５）??２．２信道特性及接收功率分布??可见光定位通信系统的线性基带信号传输模型如图２．２所示。??电信号输入?电信号输出??Ｊｌ?Ｉ??数字调制器?放大器??－－一Ｊｉ?ｎ?．．?
带有人眼无法辨别出来的微弱的明暗亮变信号，通过室内空间到达接收端，被光电检??测器检测出来并且转化为电信号进行信号放大处理，根据光信号的亮暗变化信号及闪??烁情况转化成电信号的大小及频率等信息。图２．３给出可见光定位系统直射信号传输??模型。??光源??／??接收端??图２．３可见光定位系统直射信号传输模型??在直射模型下，发射端ＬＥＤ灯发出发射功率为ｆ的带有调制信号的光到达接收??端光检器ＰＤ处，两者之间直射路径信道增益可以表示为式２．６｜２７］，??Ｈｊ?＝＼＾＾￣＾ｃｏｓｍ（ｅ）ｃｏｓ（ｙ／）Ｔｓ（＾）ｇ（ｉ／）?Ｏ＜０＜ＦＯＭ?（２?６）??［０?０＞ＦＯＶ??其中，戽是光检测器接收面积，ＦＯＶ为光接收机视角（Ｆｉｅｌｄ?ＯｆＶｉｅｗ），０是辐射角，??Ｖ是接收角，乙化）是接收端光滤波器的增益，是光聚器增益，可以表示为式２．７，??其中／表示折射指数。??Ｖ２??，Ｘ?—ｒｆ——ｒ?０?＜?＾?＜?ＦＯＶ??ｇＷ）?＝?＼ｓｍ２｛ＦＯＶ）?Ｙ?（２．７）??０?ｙ／＞ＦＯＶ??在上述模型中，接收端ＰＤ接收到的来自发射源ＬＥＤ灯的信号强度可以用信号??功率进行描述，因此接收到信号的强度可以由式２．８表示出来，??Ｐｒ＝Ｐ＊Ｈｄ?（２．８）??式２．８中发射功率表示的ｆ是光功率
【参考文献】
相关期刊论文 前8条
1 胡晴晴;王旭东;吴楠;;基于距离加权的室内可见光定位算法[J];光电工程;2015年05期
2 蔡朝晖;夏溪;胡波;范丹玫;;室内信号强度指纹定位算法改进[J];计算机科学;2014年11期
3 杨阳;毛永毅;郑敏;;基于小波变换的AOA定位算法[J];微型机与应用;2014年03期
4 谈飞;卢翔;涂时亮;;基于TOA的指纹定位系统[J];计算机系统应用;2010年03期
5 鲁铁定;陶本藻;周世健;;基于整体最小二乘法的线性回归建模和解法[J];武汉大学学报(信息科学版);2008年05期
6 王文贯;唐诗华;;GPS卫星定位误差概论[J];测绘与空间地理信息;2006年05期
7 丁德强;柯熙政;;可见光通信及其关键技术研究[J];半导体光电;2006年02期
8 刘琚,李静;一种在非视距环境中的TDOA/AOA混合定位方法[J];通信学报;2005年05期
相关硕士学位论文 前2条
1 邵剑飞;基于RSSI位置指纹的室内定位优化[D];福建师范大学;2016年
2 张靖婷;室内可见光定位技术研究与实现[D];大连海事大学;2016年
本文编号：2855930
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wltx/2855930.html
