[發明專利]基于ACO的VLC室內三維定位誤差修正與偏差角度確定的方法

在審

• 申請號: 201710852722.3
• 申請日: 2017-09-20
• 公開（公告）號: CN107817472A
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發明（設計）人: 文尚勝;吳興邦
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01S5/16
• 分類號: G01S5/16;G06N3/00;H04B10/116
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 何淑珍

1.基于ACO的VLC室內三維定位誤差修正與偏差角度確定的方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一：利用蟻群算法的全局搜索性對室內空間進行快速搜索并確定最優定位點；

步驟二：在蟻群算法的信息素濃度函數中引入誤差因子，使信息素函數取得最小值，達到誤差修正的目的；

步驟三：通過對存在角度偏差的情況進行計算仿真，并且與接收機水平放置時的結果相比較，確定角度偏差的大小以及方向。

2.根據權利要求一所述的基于ACO的VLC室內三維定位誤差修正與偏差角度確定的方法，其特征在于步驟二中所述誤差修正包括以下步驟：

步驟(2.1)：考慮到實際情況，引入誤差因子；光強衰減因子H(0)通過直射鏈路(LOS)信道的增益來表示：

H(0)=mt+12πd2ATS(φ)G(φ)cosmt(θ)cosmr(φ)]]>

式中A為光電探測器(PD)的有效面積，T_s(φ)為光濾波器增益，G(φ)為聚光透鏡增益，m_t，m_r為朗伯常數，分別寫為：

mt=-ln2ln(cosθ1/2)mr=-ln2ln(cosφ1/2)]]>

其中θ_1/2和φ_1/2分別為LED與PD的半功率角(半功率角，也稱3dB波束寬度、半功率波束寬度。功率方向圖中，在包含主瓣最大輻射方向的某一平面內，把相對最大輻射方向功率通量密度下降到一半處(或小于最大值3dB)的兩點之間的夾角稱為半功率波束寬度。)，

H_c⁽ⁿ⁾(0)＝H⁽ⁿ⁾(0)±ε_n

為修正后的光強衰減因子，H(0)為原光強衰減因子，ε_n為誤差因子，n為蟻群規模，取值范圍需要根據噪聲的實際水平選擇；

步驟(2.2)：利用蟻群算法對室內空間進行快速搜索并通過信息素濃度函數確定最優定位點；

考慮到背景光噪聲的影響，最終接收機的接收信號強度P_r為：

P_r＝P_tH(O)+P_B；

P_B為入射到PD的背景光功率P_t為LED的光功率根據上述的室內無線光通信直射鏈路(LOS)信道增益的表達式，假設h為接收機到發射機的垂直高度，設朗伯常數m_t＝m_r＝1，并且令，其中d是發射機到接收機的距離，則上上述信道增益簡寫為：

Pr(n)=Cd2cos(θ)cos(φ)Pt]]>

假設接收機水平放置，則光電探測器(PD)的法線與垂直方向平行，則LED的輻射角θ與光電探測器(PD)的接收角φ相等；則由上述信道增益表達式可以計算出每一個發射機到接收機的距離d⁽ⁿ⁾，并假設以4個LED作為一個定位單元，設接收機發射機垂直距高度為h：

d(n)=Ch2PtPr(n)4=Ch21H(n)(0)4,(n=1,2,3,4)]]>

光強衰減因子修正后發射機到接收機的距離為：

dc(n)=Ch21H(n)(0)±ϵn4]]>

計算每個螞蟻個體與發射機的距離和實際距離的偏差，可以衡量該個體與最佳定位的差距,并將其作為信息素濃度函數；設第i只螞蟻當前所在的空間位置坐標為(x_i,y_i,z_i)，第n個LED的坐標為螞蟻個體到第n個LED的距離可以表示為：

L(n)=(xi-xLn)2+(yi-yLn)2+(zi-zLn)2,(n=1,2,3,4)]]>

構造的信息素濃度函數為：

τ(xi,yi,zi,d(1),d(2),d(3),d(4))=Σk=14(L(k)-d(k))2]]>

L^(k)為第n個LED的距離，d^(k)每一個發射機到接收機的距離

光強衰減因子修正后的信息素濃度函數為：

τ(xi,yi,zi,d(1),d(2),d(3),d(4),ϵ1,ϵ2,ϵ3,ϵ4)=Σk=14(L(k)-dc(n))2]]>

步驟(2.3)：通過修復光強衰減因子引導信息素濃度函數值收斂為0，使得定位誤差修復算法的定位誤差最小化。

3.根據權利要求一所述的基于ACO的VLC室內三維定位誤差修正與偏差角度確定的方法，其特征在于，步驟三中偏差角度的大小及方向的確定包括以下步驟：

步驟(3.1)對接收機水平放置時的定位結果進行仿真及計算；

步驟(3.2)：對接收機存在一定角度偏差的情況的定位結果進行仿真與計算；

步驟(3.3)：將接收機水平放置和與水平位置存在一定角度偏差的定位結果的仿真與計算進行對比，分析偏差角度的大小及方向。