[發(fā)明專利]基于ACO的VLC室內(nèi)三維定位誤差修正與偏差角度確定的方法

在審

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• 申請日: 2017-09-20
• 公開（公告）號: CN107817472A
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發(fā)明（設計）人: 文尚勝;吳興邦
• 申請（專利權(quán)）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

技術領域

本發(fā)明涉及可見光通信室內(nèi)定位技術，具體涉及基于蟻群算法(ACO)的可見光通信(VLC)室內(nèi)三維定位誤差修正與偏差角度確定的方法。

背景技術

現(xiàn)代社會中，GPS(全球定位系統(tǒng))在交通、測繪等許多行業(yè)的應用越來越廣泛，被應用與在運動導航、周邊信息查詢、軌跡記錄等定位領域。因此定位的精度問題引起了廣泛的關注。在實際的定位過程中，或多或少的存在一些定位誤差，怎樣消除誤差成為了目前的研究熱點。在許多可見光通信系統(tǒng)的模型中，由于理想環(huán)境與現(xiàn)實環(huán)境存在差別，噪聲的存在導致實驗結(jié)果與實際定位結(jié)果之間存在較大差異。在大多數(shù)可見光通信系統(tǒng)的模型中，只考慮到接收機處于水平放置的狀態(tài)，但實際定位時，由于使用者的不同接收機可能會出現(xiàn)不同的朝向，導致偏差角度的出現(xiàn)。

為實現(xiàn)可見光通信的實用化，定位誤差的修正與偏差角度大小的計算以及方向的確定十分必要，可以極大程度的提高定位的精度。

傳統(tǒng)的可見光通信系統(tǒng)對誤差的修正，以及偏差角度的計算與估計研究較少，存在技術空白。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述系統(tǒng)及方法存在的問題，本發(fā)明提出了一種基于蟻群算法(ACO)可見光通信室內(nèi)三維定位的誤差修正與偏差角度確定的方法，具體技術方案如下。

基于ACO的VLC室內(nèi)三維定位誤差修正與偏差角度確定的方法，包括以下步驟：

步驟一：利用蟻群算法的全局搜索性對室內(nèi)空間進行快速搜索并確定最優(yōu)定位點；

步驟二：在蟻群算法的信息素濃度函數(shù)中引入誤差因子，使信息素函數(shù)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(jié)果相比較，確定角度偏差的大小以及方向。

進一步地，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：

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(shù)，分別寫為：

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(nèi)，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

(0)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(guī)模，取值范圍需要根據(jù)噪聲的實際水平選擇；

步驟(2.2)：利用蟻群算法對室內(nèi)空間進行快速搜索并通過信息素濃度函數(shù)確定最優(yōu)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(0)+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(jù)上述的室內(nèi)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(fā)射機的垂直高度，設朗伯常數(shù)m_t＝m_r＝1，并且令，其中d是發(fā)射機到接收機的距離，則上上述信道增益簡寫為：

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(fā)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(fā)射機垂直距高度為h：

光強衰減因子修正后發(fā)射機到接收機的距離為：

計算每個螞蟻個體與發(fā)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(shù)；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：

構(gòu)造的信息素濃度函數(shù)為：