基于Circle混沌映射的ISSA-ELM神经网络室内可见光定位方法

针对传统室内可见光定位精度较低、基于神经网络的室内可见光定位收敛速度慢且泛化能力弱等问题,提出一种结合基于Circle混沌映射的优化麻雀搜索算法-极限学习机（ISSA-ELM）神经网络和接收信号强度指示（RSSI）的室内可见光定位方法,在考虑天花板、墙壁和地板反射作用的情况下,将每个参考点处的RSSI和光电探测器的真实位置坐标作为训练集数据,对优化后的ISSA-ELM神经网络模型进行训练,建立室内可见光定位预测模型,并利用测试集对定位模型进行测试。仿真结果表明,优化后的ISSA-ELM神经网络的训练时间为0.0454 s,平均定位时间为3.5 ms,在5 m×5 m×3 m的室内环境,对位于0、0.5、1.0、1.5 m高度参考点的平均定位误差分别为1.01、1.14、1.36、3.87 cm,相比极限学习机（ELM）神经网络的定位精度分别提高了20.47%、19.72%、37.91%、42.32%。因此,所提的室内可见光定位方法具有定位速度快、定位精度高、系统性能稳定等优点。     

吸收体形状对太阳能复合多曲面聚光器光热性能的影响

近年来,室内定位算法吸引了大量的关注和研究。为了改善现有定位算法的复杂度以及精确度等问题,提出了一种先利用Elman神经网络进行室内位置预测,使用加权K近邻算法(WKNN)对预测结果进行修正的可见光室内定位算法。该算法应用在由单LED灯作为发射器,4个水平光电探测器(PD)构成接收器的室内定位系统中。4个水平光电探测器分别位于接收器的4个角,待测位置位于接收器的中心。通过两个Elman神经网络分别预测待测点的横坐标和纵坐标来确定待测点的初步位置,找出定位误差大于神经网络预测平均误差的待测点,用加权K近邻算法进行修正来确定待测点的精确位置,将修正后的精确位置更新到整体待测点的位置中。仿真结果表明,在3.6 m×3.6 m×3 m的室内环境下,本研究算法的平均定位误差为7.13 cm,平均定位时间为0.24 s。     

室内可见光通信高精度定位系统设计

基于接收信号强度算法的可见光室内定位系统具有结构简单的特点,但是由于漫反射信道、系统噪声等因素,其定位精度受到很大限制,为此提出使用人工神经网络对室内可见光信道参数进行学习,拟合室内信道参数的真实值,实现高精度定位。首先,使用CDMA调制技术消除室内可见多参考点光通信带来的码间干扰问题,CDMA解扩信号经过归一化操作后输入人工神经网络对坐标函数进行训练,使之拟合室内可见光通信信道参数,估计出接收机到各个LED参考点之间的空间距离。其次,由于神经网络训练数据噪声及接收机信号噪声会影响定位精度,我们提出使用Newton-Raphson迭代法,进一步逼近测试点的真实坐标。实验结果表明,在1 m×1 m×1. 2 m的室内可见光通信定位系统模型中,本系统在二维定位应用时平均定位误差为0. 87 cm;在三维定位应用时平均定位误差为1. 47 cm。本文提出的基于接收信号强度的可见光室内定位系统,使用CDMA调制技术,接收信号经过解扩后输入人工神经网络对信道参数进行距离估计,为了进一步地减小噪声等随机过程带来的定位误差,提出一种定位专用的定位坐标解迭代逼近算法,结果表明本系统在二维定位及三维定位均可实现很高的定位精度。     

可见光定位系统中发光二极管的空间波束效应分析

在可见光定位系统中,接收端需要捕获来自不同参考光源的可见光信号,进而根据参考光源的位置信息和预设的可见光定位算法估计接收端的位置坐标。上述定位过程中,通常假设光源为朗伯型光源,即光源的光波束符合朗伯规律。为了实现特定照明效果,固态光源厂商经常通过改进分装工艺、加装二次光学透镜等方式对光波束进行再次塑造,以获得多样化的空间光波束。为了量化评估实际非朗伯光波束对可见光定位系统的影响,将3种商用非朗伯光波束EdiPower Emitter、LUXEON Rebel、Side Emitter引入典型室内场景。量化结果表明,相比传统朗伯光波束配置,非朗伯光波束引入的最大定位误差和均值定位误差分别为101.7 cm和48.8 cm。考虑到商用非朗伯光波束辐射功率未归一化的影响,上述定位误差会进一步增大。     

室内可见光通信复合光学接收端设计与分析

本文提出了一种适用于室内可见光通信的新型光学接收端的设计.根据复合抛物面聚光器的聚光特性,将光电探测器与复合抛物面聚光器耦合作为接收子单元,并将这些接收子单元按照特定的几何关系嵌入一个半球面中,得到角度分集型的复合光学接收端,达到水平方向360°,垂直方向180°的大视场.对每个接收单元接收到的光能量,低传输数据时进行相加求和作为最终的接收功率,高数据速率时取各个子单元的最大值作为接收功率.在一个5 m×5 m×3 m的空旷房间中,通过MATLAB对室内可见光通信系统建模仿真.计算结果表明,采用这种复合型光学接收端后,两种不同处理算法下的接收功率相对于直接接收分别提高了11.85和7.47 dB,增益分别为15.31和5.98.信噪比较高,两种情况下的平均值分别为79.17和72.26 dB,且接收信噪比分布平缓,波动较小.这说明采用本文设计的光学接收端,不仅能够得到较大的接收端视场角,同时获得较高的增益和接收功率,以及稳定的接收信噪比,避免了室内可见光通信系统中通信盲区的存在,保证了室内通信性能的稳定性.     

基于阵列光电侦察系统空间观测数据融合方法

利用阵列式网络具有探测覆盖面积大、可靠性高、环境适应性强等技术优点，在组网内各侦察设备获得目标连续随时间变化的方位角、俯仰角等信息基础上，提出了基于阵列光电系统观测数据的坐标转换和数据融合方法。系统侦察站采用m×n阵列布站组网，目标进入侦察覆盖区域后各侦察站全方位观察，获得目标的角位置信息与时间数据，实时发送至中心站进行坐标转换与数据融合处理，实现对空间目标的快速探测及坐标定位。同时设计了相关算法软件并进行了外场实验，在1×3侦察阵列下完成了对空域目标的侦察观测，根据中心站数据处理结果实时建立了被测目标的三维航迹。实验结果表明:提出的坐标转换与数据融合处理方法，能够有效提升阵列光电系统的实际应用能力。     

基于免疫算法的高精度室内可见光三维定位系统

针对现有室内可见光三维定位系统存在的计算复杂、精度低等缺点,提出了一种基于免疫算法的室内可见光高精度三维定位系统。免疫算法是受生物免疫系统的启示而设计出来的一种具有全局寻优能力的智能算法,可以用于解决全局优化问题,而基于可见光通信(VLC)的室内定位,可以将其转化为全局优化问题。因此,在三维室内定位中,可以通过免疫算法获得最佳的接收机坐标。由于系统噪声和系统中使用的设备不完善,接收器和发射器之间的距离偏离实际值,产生定位误差。通过将误差修正因子引入免疫算法,可以精确地确定接收机在三维空间中的坐标。仿真结果表明,在3m×3m×4m的室内环境中,80次迭代的定位误差为0.69cm。多点定位测试的平均定位误差为2.13cm。运动场景定位的扩展实验也表明,所提方法96.04%的定位误差在1.7cm以下,优于现有的三维可见光室内定位方法。因此,基于免疫算法的室内可见三维定位系统可以实现高精度的定位服务,在各种室内定位场景中具有潜在的应用价值。     

四象限光电探测器实验装置的研究与应用

基于四象限光电探测器光斑中心定位理论,研制了用于学生实验的四象限光电探测器综合实验仪.该实验装置采用硬件和软件两种光电定向方式,能够实现简单、直观、快速、准确的定位跟踪目标.     

基于机载光电平台的双机交会定位方法

根据现有无人机光电定位方法对动态目标定位的局限性,借鉴光电经纬仪角度交会定位方法,提出改进的基于机载光电平台的双机交会定位系统.介绍了交会定位系统的构成及其工作原理,构建辅助坐标系,对视轴向量进行齐次坐标转换,建立双机交会定位模型.研究了交会定位中载机相对目标位置对定位精度的影响,给出了理想的测量位置,得到最优定位位置,最优交会角为69.984°.最优位置下,当目标距离双机基线20km时,定位均方根误差为38.043 4m.分析了卡尔曼滤波对定位结果的影响,建立合适的滤波模型,滤波后的定位均方根误差减小到13.584 2m.     

基于CDMA调制的可见光通信室内定位技术的研究

多个参考点光源间的信号相互干扰,使得室内可见光通信定位系统的精度不高。为此提出一种基于码分多址(CDMA)调制的可见光定位算法,利用扩频码的正交性,对每个发光二极管(LED)所发出的身份识别(ID)信息进行扩频处理,在克服了码间干扰的同时,提升了信道的容量。接收端由自适应滤波器分辨出解扩后的ID信息以及对应的信号强度,根据ID信息确定定位的位置区域,根据衰减强度确定定位点与各LED的距离,利用接收信号强度(RSS)三角定位算法实现接收机的定位,并采用分集接收技术来提高接收增益以提升定位的精度。仿真结果表明,该定位系统最大误差为6.18cm,超过88%的定位点的测量精度被控制在5cm以内。该系统不仅实现了较高精度的定位,而且易于控制、稳定性好,具有广阔的应用前景。     

室内MIMO可见光通信的接收特性

建立了一种基于MIMO的室内二次反射可见光通信的信道模型。通过模型仿真,从不同位置处接收面上探测器的不同间距、不同面积以及接收面横向、纵向旋转方面,分析了室内MIMO可见光通信的接收特性。仿真结果表明,在满足信号可恢复的条件下,接收面探测器间距d的变化对光信号接收的影响很小,不同接收位置的接收信噪比(SNR)也呈现不同的分布。另外,接收面横向旋转不会影响光信号接收,而纵向旋转具有一定的限制范围。     

基于智能手机的快速可见光室内定位系统

基于智能手机的可见光定位不仅定位精度高,还兼具了可见光通信与移动互联网的优势。由于图像处理的高计算复杂度,现有系统定位速度较低无法支持实时导航。论文提出了一种快速和高精度的可见光室内定位系统,通过设计无闪烁线路编码方案和轻量级图像处理算法降低定位时延,同时还具有抑制调制闪烁和支持多级调光的优点。市售Android智能手机完成了原型系统开发和现场测试,实验结果显示,系统平均定位精度可达到7.5 cm,定位时间可低至22.7 ms(单灯)和35.7 ms(双灯),可支持移动速度高达18 km/h的实时室内导航。     

Indoor positioning modeling by visible light communication and imaging

This letter presents a model of an indoor light positioning system(LPS) based on white LEDs and a camera.The position of an LPS receiver is determined through both its relative position to LEDs according to their images captured by the camera and LEDs' absolute position information in the navigation frame, obtained through a visible light communication(VLC) link. The error performance of the proposed LPS is analyzed.The mean error and mean square error(MSE) of estimated receiver position using least squares(LS) and weighted least squares(WLS) estimators are both derived in the presence of non-uniform measurement bias and white Gaussian noise. The effects of communication data rate on the positioning accuracy are also studied through BER performance.     

基于蚁群算法的室内可见光高精度三维定位系统

为了提高室内定位精度,实现三维定位,提出一种基于蚁群算法的的可见光通信室内高精度三维定位系统。本系统采用了码分多址(Code Division Multiple Access,CDMA)调制技术,解决了室内可见光通信多信号源之间的符号间干扰.系统中与发光二极管(Light Emitting Diode,LED)光信号源地理位置相关的ID信息码经过直接扩频调制后加载至发光二极管驱动电路,以光信号的形式在室内传播.光信号经过放大、滤波、采样处理后,根据码分多址调制技术中扩频码的正交性恢复出ID信息及光强衰减信息.经过计算获得来自不同发光二极管的信号光强衰减因子,利用蚁群算法的全局搜索性确定最优定位点.引入误差修复因子,利用蚁群算法的并行搜索性对光强衰减因子偏差进行修正.仿真结果表明,信噪比为30dB,20dB,10dB的条件下,算法的定位精度分别为2cm,4cm,8cm.当计算的精度高于45cm时,蚁群算法定位解的搜索效率明显高于遍历法.在10dB的信噪比条件下,对光强衰减因子进行修正后100%的测试点都实现了5cm定位精度.实验结果表明,20dB信噪比条件下,92.59%的测试点的定位误差小于8cm,96.29%的测试点定位误差小于10cm,最大定位误差为11.30cm.经过误差修复后,96.2%的测试点实现了3cm的定位精度,61.6%的测试点实现了2cm的定位精度.本算法在实现了高精度定位,减少了获得最优定位解的计算量.     

Improved spring model-based collaborative indoor visible light positioning

Gaining accuracy with indoor positioning of individuals is important as many location-based services rely on the user’s current position to provide them with useful services. Many researchers have studied indoor positioning techniques based on WiFi and Bluetooth. However, they have disadvantages such as low accuracy or high cost. In this paper, we propose an indoor positioning system in which visible light radiated from light-emitting diodes is used to locate the position of receivers. Compared with existing methods using light-emitting diode light, we present a high-precision and simple implementation collaborative indoor visible light positioning system based on an improved spring model. We first estimate coordinate position information using the visible light positioning system, and then use the spring model to correct positioning errors. The system can be employed easily because it does not require additional sensors and the occlusion problem of visible light would be alleviated. We also describe simulation experiments, which confirm the feasibility of our proposed method.     

HLSⅡ干涉法测量储存环横向尺寸与发射度

为了满足合肥光源升级改造后测量小束流尺寸的需求,设计了干涉法测量束团尺寸与发射度系统。简要介绍了在可见光波段利用干涉法测量束团横向尺寸的原理,详细介绍了该系统的光路与软硬件系统和图像处理算法。为了消除CCD的本底噪声对测量的影响,建立了本底噪声图像与束流流强的查找表,最终得到了多束团模式下的在线实验结果。测量得到的水平尺寸为265μm,测量误差为5.78μm;垂直尺寸为114μm,测量误差为4.89μm。     

基于LED照明灯光的可见光室内停车场定位导航系统

室内停车场是静态交通的一个重要组成部分,由于缺乏有效的室内定位技术,目前存在着泊车导航以及反向寻车困难的问题。提出一种基于LED照明灯光的可见光室内停车场定位导航系统,实现了面向车辆的停车位引导和面向行人的反向寻车导航,具有定位速度快、定位精度高和"照明定位两用"的优势。实验结果及现场测试表明:该系统定位精度可达到7.5 cm,可支持车辆或行人在时速达17 km/h下的实时定位导航。     

圆形阵列光电探测系统双目标识别方法

针对双弹丸同时着靶情况下的立靶坐标测量问题,提出一种圆形阵列光电探测系统的双目标识别方法。采用光电探测器件组成1个圆形的探测阵列,并将3个发光角度均为60°的扇形一字线激光器均匀设置于圆形探测阵列上组成探测光幕。当2发弹丸同时穿过探测光幕时,会在圆形探测阵列上产生6个弹丸投影,通过信号处理电路识别6个弹丸投影的中心位置,最后通过系统弹丸着靶坐标测量公式计算得到2发弹丸的着靶坐标。在对系统测量原理进行论述的基础上,建立了系统的弹丸着靶坐标测量模型,并对坐标测量误差进行了分析和仿真。仿真结果显示,系统在测量靶面为1 m×1 m时的X坐标测量误差标准差最大为2.7 mm,Y坐标测量误差标准差最大为0.6 mm。实验结果表明,系统在测量靶面为1 m×1 m时的X坐标测量误差标准差为2.22 mm,Y坐标测量误差标准差为1.98 mm。因此,该文所提出的系统可以有效测量弹径4.5 mm及其以上的双弹丸着靶坐标。     

室内可见光无载波幅度相位调制系统性能分析

针对室内可见光通信调制技术问题,提出翻转光无载波幅度相位调制和单极性光无载波幅度相位调制两种功率有效的调制方案,二者分别采用"正、负模块极性分组"以及"零值位置极性编码"方法实现信号单极性处理,以满足可见光通信"强度调制/直接检测"的要求.基于朗伯辐射模型,考虑到高斯背景光噪声的可见光直射传输信道,推导了包括直流偏置光无载波幅度相位调制在内的三种调制方案的误比特率闭式表达式,仿真验证了其准确性.在此基础上,分析比较了三者频带利用率,讨论了信道参量对光无载波幅度相位调制系统误码性能的影响,结果表明,在5m×5m×3m的室内场景下,与发射机辐射角为30°和45°相比,0°时的系统误码性能分别优于6.9dB和29.9dB;收发机距离为1m时,误码性能比2m时改善近12dB.