多照明区域协作的室内可见光定位
发布时间：2019-11-09 13:41
【摘要】：考虑室内存在障碍物遮挡及背景光和反射光干扰较强的实际定位场景,提出了一种基于多照明区域协作的LED可见光室内定位方法。本文方法引入多照明区域联合定位思想,利用分布于室内不同区域的LED发出的参考信号估计定位节点到各LED的信号传输时间差,构造协作定位距离估计目标函数,并通过非线性最小二乘(NLLS)算法获得定位目标的位置估计。将提出的定位算法在10m×10m×3 m的空间区域中进行定位仿真,在5 W LED照明、双区域协作条件下,获得了平均定位误差7.41cm的定位精度。结果表明:提出的协作算法不仅提高了室内定位精度和系统应用的普适性及鲁棒性,而且有效地解决了室内可见光定位存在的遮挡效应;此外,对动态定位追踪也有一定的效果。
【图文】：
想，利用ＬＥＤ发出的参考信号估计定位节点到各ＬＥＤ的信号传输时间差，构造协作定位距离估计目标函数，并采用带约束的非线性优化算法求解。分析表明，本方法较好地解决了常规ＴＤＯＡ定位算法中求解双曲线交点定位精度不高的问题，并且由于不同照明区域之间的协作定位，有效地解决了室内可见光定位存在的遮挡效应，提高了室内定位精度和系统应用的抗噪性和鲁棒性。２ＶＬＣ系统定位原理２．１系统模型考虑室内定位场所为１０ｍ×１０ｍ×３ｍ的空间区域（可作为大厅或走廊的应用场景），如图１所示。室内照明用的ＬＥＤ呈等间隔对称布置在天花板上，也可以构建类似于移动通信中的峰窝结构［１６］，不同ＬＥＤ形成的光照辐射区相互重叠，这样布局能够确保辐射区内的定位节点可以同时收到不同ＬＥＤ发来的信标信息。接收装置（移动终端，ＭＳ）可布置在房间的任意位置。将发射端ＬＥＤ编号为Ｔｘｉ（ｉ＝１，２，３，４，５，６，７，８），各ＬＥＤ的坐标分别为（２，８，Ｈ）、（２，２，Ｈ）、（６，８，Ｈ）、（６，２，Ｈ），（４，８，Ｈ）、（４，２，Ｈ）、（８，８，Ｈ）和（８，２，Ｈ），这里Ｈ是指天花板平面距地面高度。定位时，发射端Ｔｘｉ采用基于白光ＬＥＤ的ＶＬＣ传输定位参考信息（包括各自的编号及坐标等）。接收端ＭＳ通过光电转换及强度检测技术获取参考信息，利用ＴＤＯＡ定位算法实现位置估计。图１可见光定位系统模型Ｆｉｇ．１Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｍｏｄｅｌｏｆｖｉｓｉｂｌｅｌｉｇｈｔｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ２．２
）依次发送一个脉冲信号，且确保所有的信号具有相同的脉冲宽度，脉冲宽度的选择取决于保护间隔及房间尺寸（根据室内场景选取１０ｎｓ）。保护间隔的选择要使得前一个信号不会对后一个信号造成干扰。可以估算出该定位场景的最长传输距离Ｄｍａｘ＝１０２＋１０２i幔常病郑保矗矗叮恚虼丝傻忙樱剑
本文编号：2558477
【图文】：
想，利用ＬＥＤ发出的参考信号估计定位节点到各ＬＥＤ的信号传输时间差，构造协作定位距离估计目标函数，并采用带约束的非线性优化算法求解。分析表明，本方法较好地解决了常规ＴＤＯＡ定位算法中求解双曲线交点定位精度不高的问题，并且由于不同照明区域之间的协作定位，有效地解决了室内可见光定位存在的遮挡效应，提高了室内定位精度和系统应用的抗噪性和鲁棒性。２ＶＬＣ系统定位原理２．１系统模型考虑室内定位场所为１０ｍ×１０ｍ×３ｍ的空间区域（可作为大厅或走廊的应用场景），如图１所示。室内照明用的ＬＥＤ呈等间隔对称布置在天花板上，也可以构建类似于移动通信中的峰窝结构［１６］，不同ＬＥＤ形成的光照辐射区相互重叠，这样布局能够确保辐射区内的定位节点可以同时收到不同ＬＥＤ发来的信标信息。接收装置（移动终端，ＭＳ）可布置在房间的任意位置。将发射端ＬＥＤ编号为Ｔｘｉ（ｉ＝１，２，３，４，５，６，７，８），各ＬＥＤ的坐标分别为（２，８，Ｈ）、（２，２，Ｈ）、（６，８，Ｈ）、（６，２，Ｈ），（４，８，Ｈ）、（４，２，Ｈ）、（８，８，Ｈ）和（８，２，Ｈ），这里Ｈ是指天花板平面距地面高度。定位时，发射端Ｔｘｉ采用基于白光ＬＥＤ的ＶＬＣ传输定位参考信息（包括各自的编号及坐标等）。接收端ＭＳ通过光电转换及强度检测技术获取参考信息，利用ＴＤＯＡ定位算法实现位置估计。图１可见光定位系统模型Ｆｉｇ．１Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｍｏｄｅｌｏｆｖｉｓｉｂｌｅｌｉｇｈｔｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ２．２
）依次发送一个脉冲信号，且确保所有的信号具有相同的脉冲宽度，脉冲宽度的选择取决于保护间隔及房间尺寸（根据室内场景选取１０ｎｓ）。保护间隔的选择要使得前一个信号不会对后一个信号造成干扰。可以估算出该定位场景的最长传输距离Ｄｍａｘ＝１０２＋１０２i幔常病郑保矗矗叮恚虼丝傻忙樱剑
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