井下巷道新型可见光通信光源布局方法

目的针对井下巷道可见光通信信号差异大,导致接收端信号误差增大的问题,方法提出一种井下巷道新型可见光通信光源布局方法,并同现有光源布局方法进行对比,从光照度、接收功率、信噪比三个方面评估两种布局方法的系统性能。引入照度均匀度(IU)、功率标准偏差(STD)和信噪比的变化系数(CV)评估系统的整体性能。结果通过仿真实验,分析不同半功率角对本文布局方法系统性能的影响,从而得出半功率角的最优取值,为50°~70°。当半功率角为70°时,与现有光源布局方法比较,本文布局方法的光照度均匀度由0.758降至0.407,降低了46.3%,且最小光照度与最大光照度之间差异更小,光照度分布更均匀;功率标准偏差由0.97降至0.42,降低了56.7%,且降低了功率波动,接收功率分布更均匀;信噪比变化系数由0.0137下降到0.0072,降低了47.7%,信号分布均匀性更高。结论提出的光源布局方法整体性能优于现有方法的,为井下巷道的光源布局提供了新的解决方案。

眼动跟踪仪的光源布局优化方法

使用角膜瞳孔反射法的眼动跟踪仪相比基于表观的方法具有较高的视线估计精度,在人机交互、AR/VR等领域具有较大的实际应用价值。但是角膜瞳孔反射法受制于角膜非球面的影响,需要光源距离较近,从而限制普尔钦斑处于逼近球面的角膜区域。但光源距离太近又会放大计算的误差,所以针对眼动跟踪仪的硬件结构缺乏量化设计指导的问题,提出了一种光源布局优化方法。通过计算机仿真的手段,建立了角膜的非球面几何模型,理论分析了不同光源布局下的平均视线估计精度,然后通过由粗到精的方式,优化求解得到最优光源布局,抑制了非球面角膜带来的影响。最后以两类典型的设备为例,在典型参数下分别讨论了头戴式和遥测式的最优双光源布局,结果可作为典型硬件设计的理论参考。

基于卷积神经网络视觉成像可见光室内位置感知模型与光源布局

针对基于接收信号强度(RSS)的可见光室内位置感知系统部署复杂、稳健性差、定位精度低的问题,提出一种基于卷积神经网络(CNN)视觉成像的可见光室内位置感知模型,并研究了光源布局方式。首先,基于环境光和普通发光二极管光源进行了可见光视觉成像位置感知模型的设计和搭建;然后,通过CNN预训练模型提取图像深度特征;在此基础上通过研究不同光源布局模型中定位精度与光源数量、光源间距之间的关系,优化基于CNN视觉成像的室内位置感知模型的定位精度模型。实验结果表明:与基于RSS的室内位置感知模型相比,当定位误差分别小于2.1 cm和3.9 cm时,所提模型的置信概率分别提高了10%和6.7%;同时,与矩形布局方式和三角布局方式相比,十字布局方式的定位精度分别提高了9.5%和16%。

基于激光扫描的室内VLC光源布局设计方法

为了合理设计光源布局,提出基于激光扫描的室内可见光通信(Visible Light Communication,VLC)光源布局设计方法。应用激光扫描技术获取并处理室内信息(激光点云数据)。根据VLC信号传输特征构建链路模型,获取不同链路的脉冲响应函数。计算室内光照度,并分析光照度分布情况。构建适应度函数,通过粒子群算法循环迭代运算,获得室内VLC光源布局设计的最佳方案。实验数据显示:应用提出方法获得的光线追迹侧视图光线覆盖范围较大,均匀照明率数值超过了最小限值0.70lx,证实了提出方法应用后的光源布局更加合理。

室内可见光光源布局的研究进展

在室内可见光通信系统中,为确保室内方向不同的多个用户均能够得到较好的通信质量,达到在接收面光功率的均匀性覆盖,因此需对光源布局进行合理优化。合理的光源布局设计能够实现信号的稳定传输,提高传输信号的信噪比并减小码间干扰,并且有助于提高通信速率。本文简述了可见光通信的提出、发展以及其自身的独特优点,对可见光通信系统原理和信道模型做了总体概述;对可见光通信系统光源布局及设计进行了概括和对比,说明了其发展脉络和研究进展,最后总结可见光通信布局的发展方向和设计方法的发展趋势。

VLC系统的光源布局设计与仿真研究

在可见光通信系统中,光源具有照明和通信的双重作用。不同的光源布局必然会导致室内不同的光功率分布,因此必须对光源的布局进行合理的设计,使得室内接收光功率的分布趋向均匀。本文给出了室内光通信的传输模型,分析了布局设计与接收光功率分布的关系,并给出了房间内的四个通信光源的最优化布局设计。通过对光源布局与接收功率关系的仿真,验证了本文提出的最优化光源布局设计方法。

一种可见光通信光源布局模型及性能分析

在室内可见光通信系统中,为避免室内可见光通信中的覆盖盲区,需要根据房间的形状、大小来合理布设LED灯,并在此基础上调节LED灯的发射功率,以达到最好的通信性能。目前对LED灯的布局研究大都是针对类似5m×5m×3m的室内空间场景,即平面是正方形的立体空间,其应用具有一定的局限性。本文研究非理想的室内空间场景,即平面是长方形的立体空间的灯源布局问题,提出将长方形平面建模为椭圆的思路,并进一步研究了其光源布局。仿真结果表明,采用所提出的椭圆形模型以及光源布局,可以有效改善室内空间的通信质量,使SNR波动缩小到0.99d B,信噪比的品质因数达到13.00d B。

特种车内可见光通信系统光源布局优化

针对特种车内空间狭小、光源布局受限这一问题,对光照度及接收光功率进行了理论分析,对光源阵列位置下光照度及光功率的直射和一次反射的分布模型进行了分析与仿真。在光照度需求的约束条件下,根据光功率分布均匀原则提出了特种车辆内部由5个阵列光源形成中心补偿形布局的优化方案。仿真结果表明,在2 m×2 m×1.5 m的狭小空间内,运用该光源布局方案可得到平均接收光功率值为-0.5 d Bm时的光照度范围为333.74~466.44 lx,均匀光照率为79.5%,可同时满足车内照度与数据通信需求。

室内VLC系统光源布局设计

在可见光通信系统中,光源具有照明和通信的双重作用,由于房间的大小以及室内环境各不相同,难免会存在光照射不到或者光线比较微弱的地方,这些地方很有可能成为通信的盲区,这将会大大影响通信的质量,为了解决阴影效应,需合理对光源进行布局设计,以4 m×4 m×3 m房间为模型,采用四个LED列阵作为室内光源,将单个的LED光源看做朗伯光源,服从朗伯辐射模型,通过公式计算结合软件仿真分析对比得出了采用9×9大小的LED列阵,列阵距离屋顶边缘0.4 m,LED光源间的间距为0.03 m时,在满足国际室内照明标准的前提下,在距离屋顶2.25 m的4 m×4 m接收平面上光照度分布最均匀,其均匀度达到90.4%。该光源列阵布局模型可推广到任意尺寸房间,为室内办公照明中光源的布局提供了一种可行的方案。

人工智能技术的光通信系统光源布局研究

为提升光通信系统光源布局后的光照覆盖范围以及光照均匀度,研究人工智能技术的光通信系统的光源布局方法。以室内可见光通信系统通信原理为基础,根据LED光照度的分布,构建单颗LED灯珠的光照度环形光源布局,将补偿阵列增加至环形阵列的四个角中,实现角补偿阵列环形光源布局;并采用基于遗传模拟退火算法,对角补偿阵列环形光源布局中适应度函数寻优,提升算法的全局搜索能力和进化能力,以此实现最优功率调节因子的获取,完成光源布局的全局优化。实验结果表明:该方法可增加光照覆盖范围,提升光照均匀度,并有效保证光通信系统的稳定性,实现最佳的光源布局效果。

室内可见光通信光源布局及其优化

在室内可见光通信(VLC)系统满足照度标准的情况下,采用控制变量法来改变LED芯片的数目和布局来优化光学前端的设计,得到更均匀的光照度分布,改善接收功率的波动程度。通过对房间内某点的归一化冲激响应结果分析,得到VLC系统的性能主要受直射光的影响。在视距链路中对接收面的光照度和接收功率进行仿真,验证了最优化光源布局设计方案。

基于照度均匀度分析的室内光源布局

合理的光源布局可提高接收面的照度均匀度,从而提高可见光通信系统的稳定性。采用朗伯模型模拟LED光照度辐射分布情况,以接收面的照度标准值和照度均匀度为准则,利用MATLAB软件对方形布局、照度均匀度优化布局和补偿光源优化布局的接收面光照度进行仿真与比较分析。相较于方形布局,照度均匀度优化布局和补偿光源优化布局都提高了接收面的照度均匀度,但补偿光源布局的照度间差值小、耗能低。

采用改进遗传算法的可见光通信光源布局优化

为改善室内可见光通信中传统光源布局方式造成的接收光功率不均匀从而导致通信盲区的问题,本文提出了一种局部非均匀的对称型布局方式,并结合自适应机制及模拟退火算法对遗传算法中的选择、交叉和变异算子进行改进,在考虑墙面一次反射的情况下利用改进遗传算法对LED芯片位置、芯片上的灯珠数目及半功率角进行同步优化。仿真结果表明:在5 m×5 m×5 m的房间模型中,采用改进遗传算法对灯源布局进行优化后,接收光功率均匀度达到了97.7%,平均光功率为1029μW,光照均匀度达到了0.84。此外,利用改进的遗传算法针对不同尺寸房间模型中的灯源布局进行了优化,结果表明,接收光功率均匀度均得到了提高。

基于深度学习的室内可见光通信光源配置策略

为了在不同的室内环境下寻求最优的光源优化方案,提出了一种基于深度学习的室内可见光通信光源配置策略。分别引入室内障碍物、自然光和人员移动干扰,以室内信噪比均匀度为目标函数,使用花授粉算法(FPA)对不同的房间状态下的光源功率和半功率角进行优化;将得到的房间状态和光源配置作为训练集,使用卷积神经网络(CNN)进行训练,得到的计算模型可以在不同房间状态下对最优光源设置进行预测,实现光源配置的动态调整。仿真结果表明:该策略的光源参数合格率达88%,且预测结果在房间信号功率和光照强度上均满足要求。

基于白光发光二极管的室内可见光通信光源布局优化

传统基于照明的光源布局方式在室内难免会存在光照度不均匀现象,造成通信盲区效应,从而影响通信系统的可靠性。为了解决此问题,以4m×4m×3m房间为模型,在常用的室内光源布局模式下,采用光照度补偿技术,对其进行合理的布局优化,得出了一种由5个发光二极管阵列组成的光源布局方式,这种布局方式可同时降低系统功耗并提高光照度均匀性。为了兼顾可见光通信(VLC)系统的可靠性,采用室内接收平面的光照度标准差与通信中接收平面的平均误码率(BER)构建系统优化模型函数f(L,i),当f(L,i)达到最小值时可同时满足接收平面的照度要求和通信BER要求。仿真结果表明,当L=0.35m、i=0.025m时,f(L,i)取最小值,此时接收平面光照度的最小值为301.26lx,最大值为389.90lx,均匀度为93.24%,系统照度标准差为20.1,功耗为140.5 W,BER为6.39×10-7。所提系统可同时兼顾室内接收平面光照度分布的均匀性和通信的可靠性,为室内VLC光源布局提供了一种优化方法。

可见光通信系统光源优化布局模型

针对可见光通信系统存在的光照度和接收平面功率分配不均匀的问题,提出了基于多种群遗传算法的光源布局模型。以15个LED灯为例,构造和接收功率方差有关的适应度函数,采用多个种群协同进化的方式,对LED灯的位置坐标信息进行寻优。经Matlab R2016a仿真结果表明,优化后的功率分布直观上更均匀,功率方差达到1.5744 dBm,照度范围为889 lx^1009 lx,照度均匀度亦达到91.73%,均优于传统遗传算法优化的布局和多种群遗传算法优化的矩形布局,从而为系统优化LED灯布局使得用户获得更好的通信体验提供了一种借鉴方案。

室内可见光通信系统的光源布局优化及性能分析

在基于白光发光二极管(LED)的室内可见光通信系统中,考虑墙面的一次反射,研究了不同LED拓扑方式下的布局方案。通过调整拓扑分布提出了方阵+圆环布局模型,该模型可以降低系统的功耗,在满足室内照明的要求下,通过功率分配实现了照度和接收面信噪比的动态范围压缩。仿真分析了基于功率分配的方阵+圆环布局模型的照度分布、接收功率分布、信噪比分布及误码率性能,仿真结果表明:方阵+圆环布局所用光源数虽然比传统方阵布局减少了48个,但性能仍得到了改善。给出了室内可见光通信链路系统带宽、误码率、距离与信噪比的关系,可为用户搭建VLC链路提供参考。

复杂区域的光源优化布局算法

光源的优化布局是室内设计与装饰中的一个重要问题.针对复杂场景下的光源布局,考虑到光遇到多边形边界或障碍物时受到的影响,提出一种基于可见Voronoi图的最优覆盖算法.首先根据光衰减的特性将复杂区域中的光源最优覆盖问题抽象为最小圆覆盖问题;然后以可见Voronoi图的概念为基础对给定目标区域进行划分;最后利用Lloyd迭代的思想移动光源,直至达到合适的位置,从而实现光源的重新布局.利用三维渲染引擎及图像熵的特性进行仿真及分析的结果表明,在复杂区域中,该算法在消耗较少能量的前提下可以得到很好的灯光效果,从而验证了算法的可行性.

车内多LED光源阵列分布通信系统信道研究

针对特种车内狭小空间布局受限这一问题,提出基于功率均衡策略的光源阵列优化结构,构建由车内壁反射导致多路径传播而引起的码间串扰的模型,研究多径传输延迟对光通信系统信噪比的影响,分析均方根时延扩展与最大传输速率间的相关特性,仿真计算系统的误码率性能。仿真结果表明:在2 m×2 m×1.5 m车内空间,优化结构下的光功率范围为-0.73~0.56 d Bm,均匀光照率达到80.5%。考虑多径反射引起码间串扰时系统信噪比均值为20.92 d B,误码率的最大值为1.47×10-6,在运用OOK调制技术下该系统最大数据传输速率的范围107.8~373.3 Mbps。可同时满足车内照度与数据通信需求。

兼顾照明与通信的星型光源阵列模型设计

为了解决当前光源布局中室内照明与通信不兼顾的问题,文章设计了一个兼顾照明与通信的星型光源阵列布局模型。文章首先概述了传统的光源布局模型,分析了光照度对光源布局的影响,然后建立了一个 4 m×4 m×3 m的室内空间模型,以此为依托,设计了由三角形阵列布局 + 单阵列组成的星型阵列布局模型,模型采用了 12×12 的LED 阵列,阵列内部灯珠之间的距离为 0.03 m。仿真结果表明:在三角形阵列模型的情况下,当 L=0.35、i=0.03 时,室内的光照度可以达到最大,但不能兼顾照明,此时的误码率为 10-3;在星型光源阵列模型下,当 L=0.35、i=0.03 时,室内的光照度在 300 LX 以上,可以满足 300 LX~ 1500 LX 的国际室内照明度要求,此时的误码率为 10-6 左右、信噪比为 106 左右。星型光源阵列模型为当前可见光通信的室内光源布局提供了一种有效的解决方案。