[發明專利]一種抗NLOS干擾的可見光定位方法

在審

• 申請號: 201710961633.2
• 申請日: 2017-10-17
• 公開（公告）號: CN107919910A
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 關偉鵬;彭淇;吳玉香;謝燦宇
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H04B10/116
• 分類號: H04B10/116;G01S5/16
• 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

1.一種抗NLOS干擾的可見光定位方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、對輸入帶有LED燈具的ID信息的信號進行調制；經過調制后的信號通過LED驅動電路驅動LED發出光信號；

步驟2、接收端通過PD接收多個從不同的LED發射的信號，通過信號中特定的ID信息區別各個LED；經光電轉換后光信號轉換為電信號，再經過放大電路、濾波電路還原出原始信號；接收端能還原出各個LED的ID信息和獲得接收端的光功率大小；

步驟3、用混沌優化算法估計初始位置，結合泰勒級數展開算法對接收端位置進行遞歸運算，得到最終精確定位點。

2.根據權利要求1所述的一種抗NLOS干擾的可見光定位方法，其特征在于，所述步驟1包括以下步驟：

步驟11、對帶有LED燈ID信息的基帶信號進行調制，使信號傳輸后失真度降低；

步驟12、將調制信號輸入LED驅動電路，驅動LED燈發出帶有ID信息的光信號。

3.根據權利要求1所述的一種抗NLOS干擾的可見光定位方法，其特征在于，所述步驟2包括以下步驟：

步驟21：接收端接收到多個LED發出的光信號，并將其轉換為電信號；電信號經過自適應濾波電路還原信號；

步驟22、通過不同的ID信息分辨出不同LED的位置而且可以測量該信號的光功率大小。

4.根據權利要求1所述的一種抗NLOS干擾的可見光定位方法，其特征在于，其所述步驟3包括以下步驟：

步驟31：先給出一種混沌定義：設＜X,f＞是緊致系統，d是X的一個拓撲度量；設非空，如果存在不可數集合滿足

lim sup d(fn(x),fn(y))≥1,∀x,y∈S,x≠y...(1)]]>

lim inf d(fn(x),fn(y))=0,∀x,y∈S...(2)]]>

則f在X₀上是在Li-Yorke意義下混沌的；其中，X為非空集合，f:X→X為X到自身的連續映射；X₀是屬于緊致系統中集合X的非空子集；S是屬于X₀的包含空間坐標的不可數子集；(x,y)為空間中的坐標；n為整數對且n>0，且fⁿ(x)＝x、fⁿ(y)＝y；limsup和liminf分別為上極限和下極限；d是一個拓撲度量；

首先選擇采用Logistic映射：

y_n+1＝μy_n(1-y_n)…(3)

上述Logistic映射為一個迭代方程，這里的n為迭代時間步，對于任意的n，y_n∈[0,1]，μ為一可調參數，為了保證映射得到的y_n始終位于[0,1]，取μ∈[0,4]；

作為產生的混沌變量來進行優化搜索，其中μ是控制變量；當μ＝4時，定位系統完全處于混沌狀態，y_n在(0,1)范圍內遍歷；

步驟32：對(3)式的y_n分別賦予i個具有微小差異的初值,得到i個軌跡不同的混沌變量，記為y_i,n+1，置k＝1；

將混沌變量按照下式線性映射到待定位區間：

x_i,n+1＝c_i+d_iy_i,n+1…(4)

c_i和d_i為常數，c_i和d_i的取值與需要定位的點所在的定位區間有關；

需保證c_i和d_i的取值使得x_i,n+1映射到定位的區間；得到的坐標(x_i,n+1,y_i,n+1)用于后面的計算，得到泰勒展開的初始坐標；，用混沌變量進行搜索；令x_k(k)＝x_i,n+1，計算相應的性能指標f_i(k)；令如果f_i(k)≤f^*，則f^*＝f_i(k)，x^*＝x_i(k)；

如果f_i(k)＞f^*，則放棄x_i(k)；

令k＝k+1，回到公式(4),進行搜索，當f^*保持不變時，搜索結束；

步驟33：引入殘余函數的概念，考慮NLOS給接收端與發射端之間的距離測量帶來的誤差，定位模型可表示為：

r＝d(x)+b+n

其中，r表示接收端與發射端之間的測量距離矩陣，d(x)表示接收端和發射端之間的真實距離矩陣，b為一干擾向量，b＝[b₁,b₂,…b_M],b_i≥0，但b_i不會同時為0，n表示M維觀測白噪聲，E[n]＝0；b與n相互獨立；在沒有任何先驗信息的條件下，LS即最小二乘的估計結果為：

x→=(x,y)=arg minΣi∈S(ri-|x→-Xi→|)2...(4)]]>

其中S代表接收端所接收到的全部發射端集合，r_i表示接收端與第i個發射端的測量距離，表接收端與發射端之間的真實距離,其中為接收端的坐標，為第i個發射端的坐標，n₀表示解空間的大小為n₀×n₀；定義：為殘余函數；將混沌優化算法用于求解定位方程(4)；當經過K步后R_es為一個可以接受的值時輸出相應的(x₀,y₀)即為要定位的坐標，以此作為初始點；

步驟34、泰勒級數展開算法是一種需要移動臺初始估計位置的遞歸算法，在每一次遞歸中通過求解TDOA測量誤差的局部最小二乘(LS)解來逐漸改進對移動臺的估計位置；對于一組TDOA測量值，該算法首先將式(5)在選定的移動臺初始位置(x₀,y₀)進行泰勒展開

其中c為電波傳播速度，R_i為第i個發射端與接收端的距離，R_i,1表示接收端與發射端i和接收端與發射端1即服務基站的距離差，d_i,1為TDOA測量值，(X_i,Y_i)為第i個發射端的坐標，(x,y)為MS的坐標；略去上式中二階以上分量，ψ為誤差矢量，則式(5)轉化為：

ψ＝h_t-G_tδ…(6)

式子中，Δx＝x-x₀,Δy＝y-y₀,為初始位置(x₀,y₀)與各個基站之間的距離，i＝1,2,…,M，式(6)采用最小加權二乘算法(WLS)可求得：

δ=(GtTQ-1Gt)-1GtQ-1ht]]>

其中Q為TDOA的協方差矩陣，在下一次遞歸中令x₀＝x₀+Δx，y₀＝y₀+Δy，直到|Δx|+|Δy|＜η，η為一門限值，此時的(x₀,y₀)即為最終結果。