高精度室内可见光定位与跟踪

发布时间：2022-02-24 01:34

　　随着物联网、无线传感器网络等技术的飞速发展,室内定位服务越来越受重视。传统的室外定位技术GPS在室内覆盖度差,无法完成精准定位。而基于红外、无线局域网、蓝牙、射频、超宽带等室内定位技术,需要额外增添基础设施,且易受电磁干扰,不能很好地推广应用。基于可见光的定位技术,具有抗电磁干扰、兼顾照明、节省安装成本、无辐射污染、定位精度高等优点,已经成为室内定位的热门研究领域之一。本文侧重研究高精度的室内可见光定位与跟踪,主要研究内容如下:（1）首先介绍了 LED的光源特性、可见光通信模型、信道响应和噪声模型。仿真对比了视距传输链路和非视距传输链路下的信道增益分布。介绍了几种常用的定位算法,重点研究了接收信号强度（Received Signal Strength,RSS）算法、指纹算法和到达时间差（Time Difference of Arrival,TDOA）算法的定位精度。仿真结果表明,RSS算法定位精度不高,经质心加权优化后,定位精度提高了约49%。指纹算法定位精度虽高,但算法复杂度较大。TDOA算法对时延的估计精度要求极高,定位精度较高。（2）针对RSS算法因受多径效应影响,距离估计不准,... 

【文章来源】：大连海事大学辽宁省211工程院校

【文章页数】：104 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景和意义
        1.1.1 可见光通信
        1.1.2 可见光定位
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 可见光定位算法
        1.2.2 可见光跟踪算法
    1.3 论文的研究内容及结构安排
2 室内可见光通信的信道特性
    2.1 LED光源特性
        2.1.1 LED结构与发光原理
        2.1.2 LED光源特性
    2.2 可见光通信模型
        2.2.1 可见光信道模型
        2.2.2 可见光信道传输模型
    2.3 可见光通信链路
        2.3.1 可见光LOS信道模型
        2.3.2 可见光NLOS非视距信道模型
    2.4 噪声模型
    2.5 本章小结
3 可见光定位方法
    3.1 基于测距的定位算法
        3.1.1 三边定位法
        3.1.2 极大似然法
    3.2 RSS定位算法
        3.2.1 基于信号衰减模型的RSS定位
        3.2.2 基于质心加权的RSS定位
        3.2.3 基于指纹库的RSS定位
    3.3 TOA和TDOA算法
        3.3.1 TOA算法
        3.3.2 TDOA算法
    3.4 AOA算法
    3.5 定位算法分析
    3.6 本章小结
4 基于遗传算法优化BP神经网络的可见光定位
    4.1 神经网络
        4.1.1 神经网络模型
        4.1.2 神经网络拓扑结构
        4.1.3 神经网络的学习
        4.1.4 神经网络的特性与功能
    4.2 BP神经网络
        4.2.1 BP神经网络的学习机制
        4.2.2 BP神经网络算法流程
    4.3 BP神经网络改进RSS可见光定位
        4.3.1 加权质心算法的不足
        4.3.2 BP神经网络优化距离流程
        4.3.3 BP神经网络的不足
    4.4 遗传算法优化BP神经网络
        4.4.1 遗传算法的基本理论与特点
        4.4.2 遗传算法流程
        4.4.3 GA-BP算法的设计研究
    4.5 基于GA-BP的RSS可见光定位
        4.5.1 GA-BP对RSS算法的优化
        4.5.2 GA-BP的RSS仿真结果
    4.6 基于GA-BP的TDOA的可见光定位
        4.6.1 GA-BP对TDOA算法的优化
        4.6.2 GA-BP的TDOA仿真结果
    4.7 本章小结
5 基于粒子滤波的可见光移动定位
    5.1 贝叶斯滤波
        5.1.1 状态空间模型
        5.1.2 贝叶斯滤波原理
    5.2 蒙特卡洛方法
        5.2.1 蒙特卡洛参数估计与应用
        5.2.2 蒙特卡洛特点
        5.2.3 蒙特卡洛抽样
    5.3 粒子滤波算法
        5.3.1 贝叶斯重要性采样
        5.3.2 序列重要性采样
        5.3.3 重采样
        5.3.4 粒子滤波算法流程
    5.4 一维非线性系统的粒子滤波
    5.5 基于单个LED的PF算法的可见光移动定位
        5.5.1 匀速直线运动的状态方程
        5.5.2 可见光的PF算法流程
        5.5.3 单个LED的PF跟踪仿真
    5.6 基于MLED-PF的可见光移动定位
        5.6.1 MLED-PF算法流程
        5.6.2 考虑遮挡的单个LED-PF算法
        5.6.3 考虑遮挡的MLED-PF算法
    5.7 本章小结
6 总结和展望
    6.1 全文总结
    6.2 未来展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读硕士学位期间的科研成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于遗传算法优化BP神经网络的可见光定位[J]. 肖佳琳,岳殿武,赵政铎,吴迪.  光电子·激光. 2019(08)
[2]VLC-Based Indoor Positioning Algorithm Combined with OFDM and Particle Filter[J]. Jin Wang,Haoxu Li,Xiaofeng Zhang,Rangzhong Wu.  中国通信. 2019(01)
[3]基于免疫算法的高精度室内可见光三维定位系统[J]. 王鹏飞,关伟鹏,文尚胜,谢勇坚,吴玉香,张美琦.  光学学报. 2018(10)
[4]基于指纹的室内可见光定位方法[J]. 赵楚韩,张洪明,宋健.  中国激光. 2018(08)
[5]水下可见光通信的原理、关键技术与应用[J]. 胡昉辰,迟楠.  中国照明电器. 2018(01)
[6]基于蚁群算法的室内可见光高精度三维定位系统[J]. 吴兴邦,文尚胜,华珺.  光子学报. 2017(12)
[7]多照明区域协作的室内可见光定位[J]. 王旭东,吴楠,胡晴晴.  光电子·激光. 2017(04)
[8]LED可见光通信关键器件与应用[J]. 迟楠.  互联网天地. 2015(08)
[9]基于距离加权的室内可见光定位算法[J]. 胡晴晴,王旭东,吴楠.  光电工程. 2015(05)
[10]基于多LED的高精度室内可见光定位方法[J]. 吴楠,王旭东,胡晴晴,何荣希.  电子与信息学报. 2015(03)

硕士论文
[1]RSS及混合室内可见光定位算法研究[D]. 陈艺灵.大连海事大学 2016
[2]神经网络的研究及应用[D]. 吴昌友.东北农业大学 2007



本文编号：3641701