基于可見光的非協作式室內定位系統.pdf

1、隨著城市化進程的加快和國民生活水平的提高，位置信息服務在人們的生活、工作及科學研究中起到了非常重要的作用。在室外場景中，GPS(GlobalPositioning System)定位技術的研究已相對成熟，長久的發(fā)展和維護使這項技術擁有巨大的數據支撐和軟硬件基礎，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，導致這項技術無法適用于室內空間，使得室內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，國內外學者、科研機構已經通過利用環(huán)境中的Wi-Fi信號、聲音信號、地磁場、RFID(Radio Frequency IDentification)等諸多信息實現了室內定位功能，而隨著LED(Light Emitting Diode)燈逐漸成為主流室內照明設備，基于可控LED光信息的室內定位技術正悄然興起?；诳煽豅ED光信息的定位技術巧妙利用了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、抗干擾能力強的定位方法。本文設計了一種基于LED可見光的非協作式室內定位方法，與傳統基于移動智能設備設計的定位方法相比，非協作式定位系統能獨立實現定位功能，無需用戶配合操作和佩戴輔助設備，適用于如廠房、監(jiān)獄等更具體、復雜的室內場景。本文設計的定位系統快速、高效，能夠同時對室內環(huán)境中的多個目標定位，有較強的拓展性并兼有低能耗、高精度、低成本的特點。
　　論文首先設計制作了系統運作必須的硬件單

4、元，主要包括頻率可控的LED照明模塊和非協作式光信息采集節(jié)點兩個部分，建立起自主的照明系統和環(huán)境光采集陣列。照明模塊有獨立的供電和驅動，由單片機實現精確頻率控制，工作持久、光強穩(wěn)定。光信息采集節(jié)點設計輕簡，能準確采集環(huán)境光信息，由Ardumo開發(fā)板統一供電、驅動，采得的信息通過有線形式傳輸至上位機，做下一步定位運算。
　　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)境遮擋模型設計了典型場景下的室內定位算法。本文在環(huán)境遮擋模

5、型的基礎上，首先設計單目標定位算法，在融合K-Means聚類算法和設計篩選優(yōu)化算法后，進一步設計了多目標定位算法。通過對算法進行仿真，論文檢驗了系統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，設計并實現了完整的基于LED可見光的非協作式室內定位系統，并在實際場景中對系統性能進行驗證。系統能根據實際人數實現多目標的定位功能，在討論了具體場景下的光源和傳感器布置方案后，論文通過大量實驗對本系