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1、-文档均为word文档，下载后可直接编辑使用亦可打印-ABSTRACT 2第 1 章 绪论 41.1室内定位技术概述 41.2可见光室内定位技术研究现状51.3本文研究内容和章节安排6第 2 章 系统架构及信道模型 82.1可见光通信与定位集成系统的架构82.1.1系统设计及原理82.1.2定位系统及仿真环境介绍92.2 LED的光学特性及环境参量102.3信道模型及噪声分析102. 4本章小结 12第 3 章 室内可见光定位算法设计 133.1常见的参数化室内定位方法133.2基于RSS的室内可见光三边定位算法143.3基于距离加权的室内可见光定位算法设计173.4基于差分修正的室内可见光定
2、位算法设计193. 5本章小结 20第 4 章 实验仿真与性能测试 214.1实验环境搭建 214.2算法实现 224.2.1基于距离加权的定位算法实现 224.2.2基于差分修正的定位算法实现 234.3实验结果与性能分析254.4本章小结 28第 5 章 总结与展望 305.1全文总结 305.2未来展望 30参考文献 32摘要在科学技术飞速发展的现代，人们对于室内定位的需求不断提高。而传统的无线 通信和定位设备在微波受限环境中使用受到限制。作为一种新兴的照明方式，发光二 极管（Light Emitting Diode, LED）在实现照明的同时，可同时提供通信和定位功能。本文主要研究了一
3、种能在满足室内照明要求的条件下，利用照明用的 LED 同时 实现通信和定位功能的融合系统。针对传统的室内可见光三边定位算法存在的缺点， 本文实现了一种基于距离加权的室内可见光定位算法以及一种基于差分修正的室内 可见光定位算法，同时搭建了实验系统，对算法进行了验证。基于距离加权的室内可 见光定位算法，其原理是通过引入与估计距离相关的加权因子，对定位坐标进行调整。 该算法可以在满足室内照明需要的LED分布情况下，实现传统三边定位算法所能实 现的最佳定位效果，大大提高了传统三边定位算法的普适性。基于差分修正的改进算 法有别于传统的三边定位算法，是通过将参考的节点到接收机的测量距离与实际距离 相减得到
4、差分修正值，并按比例对 LED 到接收机的距离进行差分修正的。经仿真和 实验验证，该算法能够较好地抑制接收端RSS的随机波动，提高定位系统的精确度。本文在空间大小为 80cm*80cm*80cm 的黑箱中进行定位算法的实验测试， LED 在黑箱顶部分布，坐标为（20,20），（60,20），（60,60），（20,60）。实验的测试 结果显示传统三边定位算法的最大误差为3.24cm，加权算法的最大误差为3.16cm， 差分算法的最大误差为2.50cm，与理论相符。关键词：LED可见光定位距离加权差分修正ABSTRACTWith the rapid development of science
5、and technology, the demand for indoor positioning is constantly improving. The traditional wireless communication and positioning equipment are limited in the use of microwave limited environment.As a new lighting mode, the application of Light Emitting Diode (LED) in communication and lighting can
6、effectively improve this situation.This paper mainly studies a kind of fusion system that can realize communication and location function by using the LED of lighting when meeting the requirements of indoor lighting. In view of the shortcomings of the traditional three edge positioning algorithm for
7、 indoor visible light, an indoor visible light location algorithm based on distance weighting and an indoor visible light location algorithm based on differential correction are implemented, and an experimental system is built, and the algorithm is verified. In this paper, an improved algorithm base
8、d on distance weighting is introduced, and the positioning coordinates are adjusted by introducing a weighted factor associated with the estimated distance. The algorithm can achieve the best positioning effect of the traditional three edge positioning algorithm, which can greatly improve the univer
9、sality of the traditional three edge positioning algorithm, which can meet the LED distribution of the indoor lighting requirements.In this paper, an improved algorithm based on the difference correction is implemented to reduce the distance from the measured distance from the receiver to the actual
10、 distance to get the difference correction value, and the distance of the LED to the receiver is corrected by the ratio.Simulation and experimental results show that the algorithm can suppress the random fluctuation of receiver RSS and improve the accuracy of location system.In this paper, we test t
11、he location algorithm in the black box with space size of 80cm*80cm*80cm. The LED lamp is distributed on the top of the black box, and the coordinates are (20,20), (60,20), (60,60), (20,60). The experimental results show that the maximum error of the traditional three edge positioning algorithm is 3
12、.24cm, the maximum error of the weighted algorithm is 3.16cm, and the maximum error of the difference algorithm is 2.50cm, which is in agreement with the theory.Keywords ： Light Emitting Diode ； Visible Light Location ； Distance Weighting；Differential Correction第1章 绪论近年来，随着科学技术的快速发展，通信和室内定位服务也随之成为人们
13、日常生 活的一部分。在商场，博物馆等大型公共建筑中的室内通信、定位、导航等的需求也 正不断增加。作为一种新兴的照明方式，发光二极管(Light Emitting Diode, LED) 的面世使得可见光通信和定位成为可能。由于 LED 相较传统光源具有更快的响应速 率和更高的光照效率，所以能够在照明的同时实现数据传输的功能。在频谱资源日益 稀缺的情况下，使用LED光源进行通信可以有效地缓解这一现状。本文实现了一种 可见光通信和定位的集成系统(Visible Light Communication & Position System)，并针 对传统定位算法的不足提出了两种改进算法，提高了室内可见
14、光定位的普适性和可靠 性。1.1室内定位技术概述定位技术具有很高的需求和应用前景。目前，应用最广泛的定位技术是以全球定 位系统(Global Positioning System， GPS)为代表的卫星定位系统，在户外定位可以 成功应用并取得了很好的定位效果。但由于GPS定位主要依赖于无线电波传输，在 室内覆盖较小1。且由于室内人员及物品的移动较为频繁，环境复杂多变，信号会受 到多径效应、非视距传播效应、吸收效应等因素的影响2，GPS信号会被吸收，导致 接收端信号强度不够，造成定位误差急剧增大，故卫星定位技术无法应用于室内环境。目前几种主流的室内定位技术包括射频识别(Radio Frequen
15、cy Identification， RFID)技术、超声波定位技术、红外线(Infrared Radiation， IR)室内定位技术、蓝 牙技术、无线保真(Wireless-Fidelity，WiFi)技术和超宽带技术。射频识别技术能够 自动识别目标并获取其信息，其原理是利用了电磁的耦合及雷达反射的传输特性3， 但由于其功耗较大，相应的硬件成本较高，此外产生的强电磁辐射容易影响其他电子 系统，故不适宜在机场、医院等电磁敏感的环境下使用。超声波定位系统的主要原理 是通过发射端向接收端发射超声波进行测距，随后通过三边定位法确定接收端的位 置，具有高精度的特点。但由于超声波定位容易受到障碍阻挡以
16、及墙壁的反射效应的 影响，故在复杂室内环境中定位精度下降明显。红外线室内定位技术是利用周期性发 送具有身份识别功能的红外线信号进行定位的，但由于红外线的传输距离较短，且容 易受到障碍物的干扰，所以红外线室内定位技术的实用性不高。蓝牙定位技术的原理 是利用各种电子设备短距离无线数据连接，通过测量接收信号强度或者数据传输时间 来推算传输距离，从而进行室内定位的方法，具有易于集成的优点，但是蓝牙技术在 复杂室内环境中的稳定性较差。WiFi定位技术和蓝牙定位技术的原理相似，都是通 过测量接收信号强度来进行定位的。WiFi技术具有高速率，可经过非视距链路传输， 成本低等优点，但其对多径效应的抗性较差，容易受到其他信号造成的串扰而影响定 位精度。超宽带(Ultra Wideband，UWB)技术作为一种全新的通信技术，有别于传 统通信技术
