基于可見光的非協(xié)作式室內(nèi)定位系統(tǒng).pdf

1、隨著城市化進(jìn)程的加快和國民生活水平的提高，位置信息服務(wù)在人們的生活、工作及科學(xué)研究中起到了非常重要的作用。在室外場景中，GPS(GlobalPositioning System)定位技術(shù)的研究已相對成熟，長久的發(fā)展和維護(hù)使這項(xiàng)技術(shù)擁有巨大的數(shù)據(jù)支撐和軟硬件基礎(chǔ)，例如Google地圖、高德地圖，其定位范圍已遍布全球的室外區(qū)域。然而，GPS信號無法穿透建筑物，導(dǎo)致這項(xiàng)技術(shù)無法適用于室內(nèi)空間，使得室內(nèi)定位方法成為了近幾年熱門研究方向。

2、　　在過去幾年的研究中，國內(nèi)外學(xué)者、科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)通過利用環(huán)境中的Wi-Fi信號、聲音信號、地磁場、RFID(Radio Frequency IDentification)等諸多信息實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)定位功能，而隨著LED(Light Emitting Diode)燈逐漸成為主流室內(nèi)照明設(shè)備，基于可控LED光信息的室內(nèi)定位技術(shù)正悄然興起?；诳煽豅ED光信息的定位技術(shù)巧妙利用了LED燈的頻率特性和超高照明性能，在為空間提供照明的同時，可通過選擇合

3、適的頻段，避開大量環(huán)境干擾，是一種精度高、抗干擾能力強(qiáng)的定位方法。本文設(shè)計(jì)了一種基于LED可見光的非協(xié)作式室內(nèi)定位方法，與傳統(tǒng)基于移動智能設(shè)備設(shè)計(jì)的定位方法相比，非協(xié)作式定位系統(tǒng)能獨(dú)立實(shí)現(xiàn)定位功能，無需用戶配合操作和佩戴輔助設(shè)備，適用于如廠房、監(jiān)獄等更具體、復(fù)雜的室內(nèi)場景。本文設(shè)計(jì)的定位系統(tǒng)快速、高效，能夠同時對室內(nèi)環(huán)境中的多個目標(biāo)定位，有較強(qiáng)的拓展性并兼有低能耗、高精度、低成本的特點(diǎn)。
　　論文首先設(shè)計(jì)制作了系統(tǒng)運(yùn)作必須的硬件單

4、元，主要包括頻率可控的LED照明模塊和非協(xié)作式光信息采集節(jié)點(diǎn)兩個部分，建立起自主的照明系統(tǒng)和環(huán)境光采集陣列。照明模塊有獨(dú)立的供電和驅(qū)動，由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)精確頻率控制，工作持久、光強(qiáng)穩(wěn)定。光信息采集節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)輕簡，能準(zhǔn)確采集環(huán)境光信息，由Ardumo開發(fā)板統(tǒng)一供電、驅(qū)動，采得的信息通過有線形式傳輸至上位機(jī)，做下一步定位運(yùn)算。
　　接下來，論文建立了一種全新的環(huán)境遮擋模型，并基于該環(huán)境遮擋模型設(shè)計(jì)了典型場景下的室內(nèi)定位算法。本文在環(huán)境遮擋模

5、型的基礎(chǔ)上，首先設(shè)計(jì)單目標(biāo)定位算法，在融合K-Means聚類算法和設(shè)計(jì)篩選優(yōu)化算法后，進(jìn)一步設(shè)計(jì)了多目標(biāo)定位算法。通過對算法進(jìn)行仿真，論文檢驗(yàn)了系統(tǒng)算法的合理性和可行性，并討論了一系列優(yōu)化算法的取舍。
　　最后，論文融合硬件單元和算法，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了完整的基于LED可見光的非協(xié)作式室內(nèi)定位系統(tǒng)，并在實(shí)際場景中對系統(tǒng)性能進(jìn)行驗(yàn)證。系統(tǒng)能根據(jù)實(shí)際人數(shù)實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)的定位功能，在討論了具體場景下的光源和傳感器布置方案后，論文通過大量實(shí)驗(yàn)對本系