基于接收信号强度的可见光室内定位系统设计

摘要

目前室内定位常采用无线定位的方法，例如射频（RFID）、蓝牙、Wi-Fi等。可见光定位技术由于具有抗电磁干扰、兼顾照明与通信、抗多径干扰等优点呈现明显的优势。
　　本文从可见光通信信道特性入手，通过对几种常用的定位算法定位原理以及复杂度、定位精度等的分析，采用一种基于RSS（Received Signal Strength）以及TDMA（Time Division Multiple Access）的可见光通信室内定位方案，该方案主要由发射中控系统、发射机、接收机以及移动设备等组成。其中重点介绍了基于电流电压转换器与光电二极管电气模型的级联放大电路设计以及基于噪声分析的采集电路设计；随后为了系统能够协调有序的工作，设计了发射中控、发射机以及接收机的流程软件。针对传统RSS三边定位算法精度差的特点，采用一种多灯非线性加权算法。最后针对TDMA可见光通信室内定位系统存的闪烁，光强获取不准确等问题，指出频分复用可以有效解决以上问题。针对频分复用中存在的载波畸变问题，采用一种相敏检波解调的方法。该方法从畸变信号频谱特点出发，利用相敏检波解调方法抑制各种高次谐波干扰。
　　在实验室中对可见光通信室内定位系统进行了测试。测试结果表明针对接收机竖直移动、水平移动以及接收机倾斜等情况，通信误码率均低于10-6，满足定位系统对通信误码率的要求；可见光通信室内定位系统在典型应用场景下定位误差小于25cm，扩展应用场景下定位误差小于50cm，满足系统设计指标；对相敏检波解调方案的仿真表明室内环境下1MHz/s、1.5MHz/s、2MHz/s载波数据的误码率均小于10-6，满足可见光室内定位对于通信的要求，并有利于降低系统的复杂度。

目录

声明

1绪论

1.1课题研究的背景和意义

1.2国内外的研究现状

1.3论文的主要内容

2可见光通信信道特性与定位方法

2.1可见光通信信道特性

2.2可见光通信室内定位方法

2.3本章小结

3可见光通信室内定位系统方案及电路设计

3.1可见光通信室内定位系统总体设计方案

3.2关键器件的选择

3.3发射中控设计

3.4发射机设计

3.5接收机设计

3.6移动设备

3.7本章小结

4可见光通信室内定位系统软件与算法设计

4.1系统软件设计

4.2系统定位算法

4.3本章小结

5频分复用与畸变载波解调方法

5.1 LED非线性特性分析

5.2快速相干解调方法

5.3快速相干解调方法的数字化实现

5.4本章小结

6结果分析

6.1实验平台

6.2通信测试

6.3定位测试

6.4相敏检波解调方法仿真测试

6.5本章小结

7总结与展望

7.1本文总结

7.2课题展望

致谢

参考文献

附录Ⅰ 硕士期间发表的论文

附录Ⅱ 硕士期间申请的专利