面向智能终端的可见光室内定位技术的研究与实现

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位置服务已经是生活中不可或缺的一部分,并且人们对面向室内的位置服务需求越来越多。室内位置服务的需求日益增多,促使了室内定位技术的快速发展。在这样的发展浪潮下,已经研究出了很多种室内定位技术,例如,基于WiFi的室内定位技术、基于蓝牙的室内定位技术和基于地磁的室内定位技术等。以上室内定位技术虽然已经能够实现室内定位的要求,但是从定位精度上看,虽然基于蓝牙的室内定位技术稍高于其他的室内定位技术,但是还是有很大的定位误差,基本上都处于3m以上的误差距离。而且基于WiFi的室内定位技术和基于地磁的室内定位技术容易受到外界因素的干扰,蓝牙信号虽然抗干扰的能力稍强些,不过蓝牙发射器购买及环境部署是非常大的工作,需要投入大量的硬件设备的投入。本文考虑到上述问题,进行了面向智能终端的可见光室内定位技术的研究。近年来,随着发光二极管(Light Emitting Diode,LED)技术的成熟与发展,LED灯很快就能够替代白炽灯和荧光灯作为人们日常的照明工具,在这样的情况下,所有使用LED灯作为照明工具的室内环境,都是可以进行可见光室内定位的场景,可见光作为室内定位的媒介,具有光源稳定,不容易受到外部干扰等优点。本文针对室内定位的精度和稳定性进行研究。首先,本文采用了外部调控频率的方式,使每个LED灯都处于自己独立的信道上传递,这样就能够防止室内的环境光的干扰和LED灯光彼此间相互碰撞。结合FFT算法,最终智能终端的光强接收器测得LED灯光强比较准确,降低了由于环境光或者可见光传输过程中彼此碰撞导致的室内定位出现误差的概率。其次,通过可见光通信(Visible Light Communication, VLC)技术,使每个 LED 灯发出的可见光携带定位相关的数字信息,由于可见光传输过程中,存在信道增益,结合传播模型,可以确定出光信道增益,通过计算出信道增益相关常量,就可以计算出LED灯与智能终端接收器之间的距离。最后,本文进行了二维定位算法的研究,并延伸到三维空间的三维定位算法,通过建立手机坐标系统和室内坐标系统之间的关系,最终获取室内位置信息。在此基础上,本文还进一步研究了三边定位算法,并通过加权和最小二乘拟合的方式,降低了室内定位的误差范围。经过仿真实验结果表明,本文采用的面向智能终端的可见光室内定位技术,不但能够实现室内定位的需求,而且在此基础上能够使误差范围基本维持在0.04m~0.06m之间,大大提高了室内位置估计的准确性和稳定性。
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