基于多光敏二极管的室内定位系统的设计与实现

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目前,室内定位技术已被广泛应用于室内场所的各种设备中,为人们的生活提供了便利。近年来,可见光室内定位(Visible Light Positioning,VLP)因为其高精度等优点备受关注。VLP主要分为两大类:基于光敏二极管(Photodiode,PD)和基于图像传感器的定位系统。其中基于PD的定位系统因为其视角大、成本低等优点而更受青睐。然而,目前基于单个PD接收器的常见定位算法至少需要三盏灯提供信息,所以在很多仅有单灯、双灯的实际场景下还存在难以定位的问题。针对该问题,本文设计了一种基于遮挡结构的多PD阵列室内定位系统。本文首先设计了具有水平遮挡结构的8 PD阵列接收器。然后分析遮挡结构的影响下,各PD接收光强的差异性,并建立了遮挡条件下的光传播模型。随后,以此光传播模型为基础设计了接收器的角度和距离测量方法。角度测量方法主要利用了PD曝光面积与其PD方向角的关系建立方程求解接收器相对于LED的方向角度。在距离测量方法中,通过光传播模型将各个PD的光强值转换为多个距离的集合,并从集合中寻找方差值最小的距离组合求其平均值获取最终距离信息。最后在单灯、双灯以及多灯等不同场景下根据方向角和与距离信息进行定位。本文搭建了实验环境进行了静态测试。实验表明,在3.6×3.6×2m~3的实际环境场地中,在单灯、双灯以及多灯的场景下,本文提出的定位方案的定位平均误差分别为14.18cm、14.87cm、11.35cm,能够有效地在各种场景中实现高精度定位。
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