室内多光源照明下可见光定位技术研究

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全球定位系统(Global Positioning System,GPS)作为一种成熟的定位导航应用技术在室外环境中已经得到了广泛的应用,由于无线信号的衰减和多径效应的影响,它无法在人类活动最为频繁的室内环境中提供可靠的位置服务。过去十几年,基于无线电波的室内定位技术得到了广泛的研究,但是这些技术由于存在设备依赖性、容易受到电磁波干扰和定位精度有限等缺点,一直无法得到广泛的使用。基于可见光通信的室内定位导航技术凭借其安全性高、无电磁干扰、定位精度高、照明定位一体化等优点,正逐步发展成为室内定位技术研究的一个热门方向。本论文研究的是室内多光源照明下可见光定位技术,主要关注的是现有室内多灯定位系统中仍然存在的一些关键技术问题。包括两个方面,一种是基于光电二极管(Photo-diode,PD)的多灯定位算法的研究;另外一种是基于图像传感器的定位系统中存在的LED闪烁问题的研究。首先,对室内可见光定位系统进行介绍。分别介绍了室内可见光定位系统的基本原理、常见的光电器件的特性、LED的信道传输模型和常见定位方法的基本原理,为后面研究可见光定位技术奠定理论基础。然后,针对现有基于光电二极管的可见光定位算法的鲁棒性和环境适应性差等缺陷,提出了新的基于接收信号强度(Received Signal Strength,RSS)的定位算法。该定位算法设计的过程主要包括定位信号模型的建立、接收信号特性分析、算法性能分析和扩展这三个方面。通过仿真分析和实验测试验证,证明了我们提出的算法的性能优越性。最后,针对基于图像传感器定位系统中存在的LED闪烁问题,分析了 LED的闪烁机制。提出了结合浅调制和可见光衰减片作为辅助器件的方法来解决LED的闪烁问题,并总结比较了现有解决闪烁问题方法的优缺点。开发了一个基于图像传感器的无闪烁定位测试平台,测试了系统的基本性能指标,结果表明该方法在保证定位性能的同时,还能有效解决LED的闪烁问题。
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