基于可见光通信的室内定位与定向系统

针对室内定位与定向系统,提出了一种结合粒子群优化(PSO)和天牛须搜索(BAS)的VLC室内定位与定向算法,通过PSO算法探索接收端的最优方向,利用BAS算法对每个粒子当前方向下的最佳三维坐标进行搜索。首先在3 m×3 m×5 m的室内空间和40 dB信噪比下进行仿真研究,所提出的VLC室内定位与定向系统实现了平均定位误差4.82 cm和平均定向误差2.24°的性能指标。然后在0.9 m×0.9 m×1.5 m的实验系统中,实施了同时定位与定向的实验验证,平均定位与定向误差分别为5.32 cm与5.99°。相比传统VLC室内定位方案,所提VLC室内定位与定向系统不需要接收端高度和方向的先验知识,大大降低了使用复杂度,具有更加广泛的应用场景。

基于K-means聚类的可见光通信室内定位系统的研究

本文设计并搭建了一种定位精度高、系统简单的可见光通信室内定位系统.在发射端使用频分多址技术编码光标识码,以发光二极管灯具为信号源发射定位信息.在接收端对接收到的混合光信号进行傅里叶变换,将基于频分多址编码的光标识码在频域上进行分离,从而获取各个发光二极管的光标识码和光强数值.同时,通过多次光信号数据测量,进行K均值聚类迭代选出最优点,可以消除三边定位算法的突兀点和方程无解的问题,以此得到高精度的定位坐标.通过理论推导和实验测量,本系统的定位误差为3±3cm.本文所提出的室内定位方案系统简单可靠、定位精度高,使可见光通信室内定位技术进一步接近市场应用.

基于朗伯模型参数估计的VLC室内定位优化算法

为实现高精度室内定位,本文设计了一种可见光通信(VLC)室内定位系统,并通过结合优化的朗伯模型、码分多址技术(CDMA)、三边定位算法而有效提升了定位精度和系统扩展性。首先,每个发光二极管(LED)的ID信息经过直接序列调制后加载到LED驱动电路上,LED发出带有自身ID信息的灯光信号。在接收端通过光电探测器(PD)接收灯光信号,并根据扩频码的正交性恢复出ID信息及接收信号强度(RSS),以此提高信道容量并增强系统抗干扰能力。然后,根据朗伯光源模型,由三边定位算法得出待定位点的定位估计坐标。为进一步提高精度,引入k最近邻(KNN)思想,采集适当的指纹点并由指纹点信息对每盏灯在定位估计坐标处的朗伯光源模型参数进行估计,由优化后的朗伯模型计算出精度更高的定位坐标。在1m×1m×1.35 m的空间区域中,进行本VLC室内定位系统的实验测试。结果表明,提出的高精度VLC室内定位系统的平均定位误差降低至2cm左右,其定位精度相比于传统三边定位算法提升了30%。此外,该系统方案所采用基于指纹点信息优化朗伯模型参数的方法具备良好的实用扩展性,可实现广阔的应用场景。