可见光室内定位系统的设计文献综述

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文献综述

可见光室内定位系统的设计

室内定位系统有最基本的5种算法：（1）起源蜂窝小区技术；

（2）时间到达法（TOA）；（3）时间到达差法（TDOA）；（4）信号强度法（RSSI）；（5）到达角度差法（AOA）。

常用的室内定位技术主要包括以下几种：（1）基于超声波定位技术；（2）基于红外线的定位技术；（3）基于超宽带的定位技术；

（4）射频识别定位技术（WLAN、ZigBee）等。

距离测量技术

根据在定位技术中采用的算法，我们可以将室内定位技术分为基于测距算法的定位和基于非测距的 算法的定位。前者因为需要测量实际的距离所以成本相对后者会比较高，但是其定位精度高然而，基于测距的定位算法对距离的敏感性相对较高，当接收端处在非理想环境或环境变化较大导致测量距离出现误差时，定位精度误差较大。后者定位精度虽然相对来说较低，但是定位开销也会比较少，基于非测距的定位算法对信标节点的密度以及节点的分布会有很强的依赖性。上述两类算法优点 不一 ，适用于不同的场合，本节主要介绍与基于测距的定位技术相关的测距技术。在测距定位中，有以下几种重要的测距技术 ：

TOA技术

TOA技术,即基于到达时间的测距技术，其原理主要是已知光信号的传播速度，根据光信号在测量过程中所用的传播时间来计算出信标节点和待测节点之间的距离 。虽然测距技术原理相对简单,计算量少，并且能够完成高精准度的测量,但是该测距技术要求信标节点和待测节点要保持时间上的严格同步，这就对接收端光电传感器的性能有了非常严格的要求.因此,上述技术不适用于本文中的光传输系统。

TDOA技术

TDOA技术，即基于到达时间差的测距技术，是在测距技术上改进而来的 ，技术测量的是待测节点接收到的多个信标节点信号的时间差。由于不需要测量绝对时间，系统对于时间 同步的要求大大降低。利用三个或以上不同的信标节点可以测得两个值，待测节点位于两个决定的双曲线的交点上 。

RSSI技术

是通过计算接收端接收到的光照强度来实现相应距离获取的一种测距技术。其测距思路是： 测量并计算出接收到的光照强度,再通过相应的理论和经验模型，将光照度值转换成两点间 的距离值，以此来实现距离测量。基于的定位的优点是其易于实现，并且不需要添加额外辅助设备。

室内定位算法

光照度加权平均算法

光照度加权平均算法的理论是：接收端通过测量各个信标节点发送的光信号的光照强度， 以光照强度为权值，对各个信标节点的坐标进行加权平均，进而得到待测节点的位置坐标。 光照度加权平均算法的详细步骤如下：

步骤1： :通过非线性拟合计算出待测节点接收到的光照强度。

步骤2 接收端利用测量到的光照强度和式计算待测节点到信标节点之间的距离，并根据信 标节点和待测节点之间的几何关系，利用式计算待测节点和信标节点在地面上的投影点之 间的距离 。

步骤3 解析协议，获得 4个光源的坐标信息。

步骤4 以接收到的光照度为权值，通过对四个光源的坐标进行加权平均 ，获得接收端的坐标。算法公式如式所示：

四个灯呈对称分布.发射端采用OOK调制，四个光源的 ID信号包含各自的位置坐标， 并且在4 个时隙内分别发出位置坐标信息。T1 ；T2 ；T3，T4向量分别 为 A、B、C 、D 四个信标节点的坐标向量，P1、P2、P3、P4分别为通过计算所得的接收端R 所接收到的A、B、C、D四个信标节点光源的光照强度。这种定位算法利用了各个光源的强度信息，精度相对现有的方案有所提高。并且4个光源在各自的时隙内发送信息 避免了相互干扰.通过式子可以看出，这种算法是通过个光源的相对照度实现定位，因此，当接收端做微小的竖向移动时， 仍然能保持较高的精度

三边测量法

在基于测距技术的定位相关算法中，三边测量法是一种常用的测距定位算法其主要的原理是：运用三个己知的信标节点来测量目标节点到三个信标节点的三个距离，在知道参与测量 的相应节点的位置坐标情况下，求解三元二次方程组，最终可以得到所要的相关坐标值 。

步骤1 通过非线性拟合计算出待测节点接收到的光照强度。

步骤 2 接收端利用测量到的光照强度和式计算待测节点到信标节点之间的距离， 并根据信标节点和待测节点之间的几何关系 ，利用式计算待测节点和 信标节点在地面上投影点之间 的距离。

步骤3 解析协议，获得4个光源的坐标信息。

步骤4 通过已经计算得出的 r1，r2 ，r3,r4 的 四 个 （ 或者其 中任 意三个 ） 距离信息计算待测节点的位置。

极大似然估计法

[1] 汪苑，林锦国. 几种常用室内定位技术的探讨[J]. 中国仪器仪表，2011(2):54-57.

[2] 梁韵基，周兴社. 普适环境室内定位系统研究[J]. 计算机科学. 2010,37(3):112-116.

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【11】李菁 可见光室内定位技术研究 北京邮电大学 2014-12-29

【12】张靖婷 室内可见光定位技术研究与实现 大连海事大学 2016-05-01

【13】李斗鹏 室内多光源照明下可见光定位技术研究 中国科学科技大学 2017-05-01

【14】唐钱胜 基于LED通信的室内定位方法研究 电子科技大学 2016-03-31

资料编号：[77970]

文献综述

可见光室内定位系统的设计

室内定位系统有最基本的5种算法：（1）起源蜂窝小区技术；

（2）时间到达法（TOA）；（3）时间到达差法（TDOA）；（4）信号强度法（RSSI）；（5）到达角度差法（AOA）。

常用的室内定位技术主要包括以下几种：（1）基于超声波定位技术；（2）基于红外线的定位技术；（3）基于超宽带的定位技术；

（4）射频识别定位技术（WLAN、ZigBee）等。

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