基于指纹算法的室内可见光定位系统的研究

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1、广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）基于指纹算法的室内可见光定位系统的研究程洪二○一八年六月分类号：学校代号：11845UDC：密级：学号：2111515017广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）基于指纹算法的室内可见光定位系统的研究程洪指导教师姓名、职称：何苗教授学科(专业)或领域名称：电子科学与技术学生所属学院：物理与光电工程学院论文答辩日期：2018年6月2日ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofMaster(MasterofEngin

2、eeringScience)ResearchonindoorvisiblelightlocationsystembasedonfingerprintalgorithmM.E.Candidate:ChengHongSupervisor:Prof.HeMiaoJune2018SchoolofPhysics&Opto-electronicEngineeringGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou,Guangdong,P.R.China,510006摘要摘要定位技术在当今社会应用广泛，GPS在室外设置和使

3、用都非常方便，但当GPS卫星的信号被墙壁或高层建筑阻挡时，它就失效了。近年来，随着无线传感器网络及物联网技术的迅速发展，室内定位技术在基于位置服务等领域取得了广泛的运用，该技术也成为国际上重点研究方向之一。研究者们也因此提出了许多替代方案，例如，基于可见光、Wi-Fi、红外(IR)、超声波和图像传感器等的室内定位技术。其中一些系统需要安装许多传感器，在计算上更加复杂，此外还需要搭建复杂的设备环境，提高了系统的成本。可见光通信(VLC)利用可见光代替射频电磁波进行通信，近年来引起了人们的广泛关注。结合以上技术趋势，本文提出了一种基于指纹算法的

4、可见光定位系统，介绍了定位系统的空间布局、定位模型和硬件结构，设计了恒流驱动+ID编码的OOK编码方式，用于形成并发送LEDID信号，并实现正常照明，解决了发射端的问题。本系统从结构上分为发射端和接收端，按系统搭建过程可分为离线阶段和在线阶段。本文详细介绍了系统的硬件组成及其原理功能，其中离线阶段是系统光强坐标数据库的生成阶段，即数据采集；在线阶段根据强度匹配算法，利用STM32嵌入式芯片匹配定位点坐标，再利用QT编写定位客户端，将得到的坐标传输到终端实时显示在计算机地图上，实现了基于该算法的室内定位。本文还介绍了ID识别算法和强度位置匹配

5、算法，其中匹配算法因为进行了反复的确认工作，采用多次测量取优值的方案，有效地排除了一些突发干扰如人员走动等对光强匹配的影响，多次确定坐标使整个系统的误差大大降低，性能显著提高。结合实验环境，搭建了一个3m×2m×2m的空间模型，进行了单点强度测量，证明了系统接收光强的稳定性。实验结果表明，当采集点间距为0.1m和0.2m时，移动目标仅有两个坐标出现误差，准确率高达99%，最大误差分别为0.14m和0.28m，优化了编码算法和系统硬件结构，定位系统延时均低于100ms。说明本文基于指纹定位思想设计的室内可见光定位系统具有功耗低、软硬件成本低、

6、响应快、定位精度高且可调节的优点，在室内定位方面具有很大的优势。I广东工业大学硕士学位论文关键词：可见光通信；室内可见光定位系统；LED；指纹定位；ID编码IIABSTRACTABSTRACTPositioningtechnologyiswidelyusedinsociety.GPSisveryconvenienttosetupanduseoutdoors,butwhenthesignalofGPSsatelliteisblockedbywallsorhigh-risebuildings,itbecomesineffective.Inrec

7、entyears,withthewirelesssensornetworkandtherapiddevelopmentofInternettechnology,theindoorpositioningtechnologyhasbeenwidelyappliedinmanyareas,suchasintelligentrobotandlargeshoppingmallshoppers,andbecomesoneofthekeyresearchobject.Researchershavethereforeproposedmanyalternat

8、ives,suchasindoorpositioningtechnologybasedonvisiblelight,wi-fi,infrared(IR),ultrasoundan