面向车联网的可见光通信平台开发及车辆LED跟踪技术研究

发布时间：2020-05-13 05:29

【摘要】：随着汽车行业的发展以及无线通信技术的不断进步,车联网对提升道路安全水平、优化交通运输效率、构建新型智慧城市交通系统具有重要的意义。通信技术是实现车联网的关键。面向车联网的可见光通信利用可见光的高速明暗变化,在照明的同时实现车联网数据传输,无需频谱授权且带宽巨大,避免了传统无线通信中的干扰问题,使数据传输更可靠、时延更短、成本更低,是极具潜力的车联网通信技术。论文选题来源于华为创新研究项目(项目编号:20150101)和北京邮电大学科技成果转化种子项目。目前面向车联网的可见光通信存在抗噪声鲁棒性不佳、通信距离短、对移动性支持不足、缺乏实测系统等问题。因此本文开发了面向车联网的可见光通信平台,对面向车联网的可见光通信进行实测验证和分析,并提出了基于反向传播(Back Propagation,BP)神经网络的自适应车辆发光二极管(Light Emitting Diode,LED)区域跟踪算法,有效提升了可见光通信对移动性的支持。本文的主要研究内容如下:一、设计和实现了面向车联网的可见光通信平台。完成了平台硬件选型和电路实现,实现了发送端的车辆数据生成,并将数据编码调制到LED,针对多车辆同时通信的需求和图像传感器帧率不稳定的问题,设计实现了接收端图像传感器控制、图像区域分割和数据恢复模块。平台实现了多辆车间实时可靠的数据通信,在等效125m内车辆相对静止时误码率(Bit Error Rate,BER)低于10-3,并且通过实验结果分析了面向车联网的可见光通信对移动性支持存在的问题。二、设计和实现了基于BP神经网络的自适应车辆LED区域跟踪算法并通过实测验证算法有效性。设计改进的帧差法实现对LED所在像素的检测;设计区域间距离矩阵实现对接收图像中车辆LED区域的跟踪;设计和实现了基于神经网络的自适应帧差阈值,有效地提升了跟踪算法在复杂环境光线和图像曝光情况下的可靠性。实验结果表明该算法可有效提升面向车联网的可见光通信对于移动性的支持,在车辆间相对运动速度67.5km/h内,通信的BER低于10-3。
【图文】：

联网系统,联网服务,联网通信,集中处理

现绿色节能、安全高效的道路运输系统，是今后物联网发展的必然趋势。逡逑车联网系统主要由服务系统、车辆系统、道路系统、个人设备系统和通信系逡逑统５个方面组成，如图２－１。逡逑Ａ逡逑ｖ邋（（＜｜＞】）通信系统逡逑？邋ｏｂｂ逦ｐｅａ逡逑ＯＢ，车与人＿逡逑车辆系统逦ｕ逡逑个人设备系统逡逑车与路逡逑道路系统逡逑图２－１车联网系统结构逡逑车联网服务系统是车联网中各项服务业务和数据的集中处理平台，负责将车逡逑联网通信收集到的车、道路和人的数据，通过大数据和人工智能等手段对数据进逡逑行处理和分析，从而为各项公共服务和业务提供支撑，实现如交通引导、安全预逡逑警、交通管理等。车辆系统是整个车联网系统的核心，主要包括联网系统和智能逡逑系统，联网系统负责车辆数据的传送与接收，将交换的数据交由智能系统从而实逡逑现驾驶辅助和自动驾驶等高级应用。道路系统主要由道路基础设施组成，如交通逡逑摄像头、地磁传感器、交通信号灯等

道路基础设施

传统的卤素灯、氙气灯替换为基于ＬＥＤ的照明系统，应用到了车辆照明的各个逡逑方面，包括日间行车灯、近光灯、远光灯、转向灯、车尾灯、车内氛围灯等。目逡逑前ＬＥＤ车辆照明系统已经广泛运用到量产汽车上，如图２－３所示。逡逑ＨＩ—逦ｇＢＯｉ逡逑ｆ邋：逦Ｂ＾ａｓＢ逡逑图２－３车辆ＬＥＤ灯逡逑面向车联网的可见光通信车辆发送端通常由车载计算机、ＬＥＤ驱动和ＬＥＤ逡逑组成。车载计算机负责收集和分析车辆的各项数据，如车辆位置、速度、刹车状逡逑态、目的地等各项车联网数据，并将数据进行封装，传输给ＬＥＤ驱动电路。ＬＥＤ逡逑驱动电路将数字的数据包调制为模拟信号，并结合车辆照明和信号指示的需求，逡逑控制输出电流点亮ＬＥＤ，保证ＬＥＤ输出照明所需光功率的同时将信号加载到逡逑ＬＥＤ上。车辆间通常使用车头灯和车尾灯ＬＥＤ进行信号的发送，因此可见光信逡逑号可以实现对车辆周围有较为完整的信号覆盖。逡逑目前ＬＥＤ同样被广泛应用于道路基础设施，如路灯、交通信号灯、交通指逡逑示牌等，如图２－４。ＬＥＤ的高能效将有效降低市政照明用电，实现绿色环保的照逡逑明
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.1

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