基于可见光通信的室内定位技术的研究

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基于位置信息的服务在我们的日常生活中扮演着一个越来越重要的角色。而获取用户确切的地理位置信息是开发各类基于位置服务应用的技术基础。对于室外的环境,全球定位系统(GPS)得到了广泛的应用,并且在很多情形下定位性能优越。然而对于室内环境,由于墙和高大建筑物对GPS卫星信号的的阻挡,使得其定位精度大幅下降,不能满足室内定位的需求。在这样一个背景下,研究者们提出了许多新的室内定位方案。这些系统主要是基于无线射频识别、红外线、WiFi、超声波、无线局域网和图像感应器等。然而这些系统都有各自的缺陷,比如说定位精度不高、实现成本高和响应时间长等。而最近几年,基于可见光通信的室内定位方案作为室内定位技术的备选方案,赢得了广泛的关注。而且VLC系统的发射源LED灯由于其高能效和耐用性,使其作为传统白炽灯的替代被广泛地应用于现代建筑中。相对于传统的室内定位技术,VLC系统硬件的易获取性和耐用性,并且能够同时提供照明和通信的功能,所以基于VLC的室内定位方案是一个极具潜力的方案。在现有的可见光定位系统中,采用的不同的距离估计算法主要有基于接收信号强度的、基于到达时间差的和基于到达相位差的。而这些系统都是工作在一些理想环境中,比如光源的功率、朗伯数、LED的调制深度等参数都是已知的,在这种理想工况下可以达到较高的定位精度。但是分析这些系统参数如何影响系统的定位精度对系统的优化至关重要,同时,分析系统噪声对定位造成的不利影响以及如何有效提高系统的抗噪声干扰能力,提高系统稳定性也是一个亟待解决的问题。所以本文的主要研究工作如下:1.在考虑系统的照明需求、通信需求和定位需求后,对系统仿真平台进行了设计。同时在传统质心算法的基础上提出了全交点质心算法,它可以充分利用所有的有效信号源,并且可以避免复数解的出现。为了减小噪声对系统定位精度的影响并提高系统稳定性,本文借助统计理论的一些方法,在基于可见光通信的室内定位系统中引进了最小二乘滤波算法和最大似然滤波算法。仿真结果表明,两种滤波算法对系统的定位精度有所提高。2.通过推导Cramer-Rao下限对影响系统定位精度的系统参数如朗伯数、接收高度等进行了定量的分析。为了使仿真结果更接近现实环境,我们同时考虑了有阳光直射的情形和无阳光直射的情形。为了简化分析,本文的分析建立在接收平面和发射平面平行的前提下。
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