[發明專利]一種基于極限學習機的可見光定位方法

在審

• 申請號: 201810726229.1
• 申請日: 2018-07-04
• 公開（公告）號: CN109061566A
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發明（設計）人: 徐巖;王昕昕
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01S5/16
• 分類號: G01S5/16;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李林娟

本發明公開了一種基于極限學習機的可見光定位方法，包括：建立可見光通信模型、可見光信道的仿真模型以及極限學習機神經網絡模型。其中神經網絡模型包括兩個階段。訓練階段：將光電探測器接收的來自每個LED燈的總電功率歸一化到[?1,1]區間后作為輸入，對應的位置坐標作為輸出，建立訓練樣本集，進行ELM神經網絡訓練；測試階段：采集測試位置處的光電探測器接收的來自每個LED燈的總電功率；將采集到的來自每個LED燈的總電功率歸一化到[?1,1]區間，以歸一化的各個LED燈的電功率作為輸入，其相應的位置坐標作為輸出，建立測試樣本集，輸入到已經訓練好的ELM神經網絡中；通過神經網絡的計算，得到接收端的位置，完成定位。本發明降低多階反射信號和噪聲信號帶來的誤差，提高了定位精度。

技術領域

本發明涉及可見光定位領域，尤其涉及一種基于極限學習機的可見光定位方法。

背景技術

隨著位置服務的不斷發展，對于定位的需求越來越高。全球定位系統(GPS)廣泛應用于室外定位，定位精度達到了幾米。由于衛星信號在室內受到墻壁遮擋，信號衰減較為嚴重，再加上多徑傳播的影響，定位誤差較大。WIFI室內定位精度在1-5米，且容易受到室內環境的影響，定位精度不夠高，多采用指紋法，比較復雜。超寬帶定位精度高，但是需要昂貴的設備。射頻識別(RFID)技術需要標簽進行定位，增加了成本和復雜度。紅外、藍牙等容易受到信號源波動的影響。LED光源具有能源效率高，使用壽命長，成本低等優點，基于LED的可見光通信具有豐富的可見光頻譜資源，設備簡單，無電磁干擾，安全保密等優點，可用于照明，通信，定位等領域以及醫院等電磁受限的場所。因此基于可見光通信的定位得到了應用。

基于可見光通信的定位技術主要分為以光電探測器和圖像傳感器為接收端的定位，從系統設備復雜度和定位精度考慮，選擇以光電探測器和接收信號強度進行定位。在漫反射光信道中，可見光信號的傳播形式有視距傳播，一階反射，二階反射等，且受到噪聲信號的影響。但目前對于可見光定位的處理，存在只考慮視距傳播的問題，與實際環境相比有較大出入，不可應用于實際情況。

發明內容

本發明提供了一種基于極限學習機的可見光定位方法，本發明通過建立神經網絡模型的方式降低多階反射信號和噪聲信號帶來的誤差，以進一步提高定位精度，詳見下文描述：

一種基于極限學習機的可見光定位方法，所述方法包括以下步驟：

建立可見光通信模型、可見光信道的仿真模型以及極限學習機神經網絡模型。其中神經網絡模型包括兩個階段。

訓練階段：將光電探測器接收的來自每個LED燈的總電功率歸一化到[-1,1]區間后作為輸入，對應的位置坐標作為輸出，建立訓練樣本集，進行ELM神經網絡訓練；

測試階段：采集測試位置處的光電探測器接收的來自每個LED燈的總電功率；將采集到的來自每個LED燈的總電功率歸一化到[-1,1]區間，以歸一化的各個LED燈的電功率作為輸入，其相應的位置坐標作為輸出，建立測試樣本集，輸入到已經訓練好的ELM神經網絡中；

通過神經網絡的計算，得到接收端的位置，完成定位。

所述可見光信道的仿真模型包括：視距傳播直流增益模型、一階反射直流增益模型、噪聲信號模型。

進一步地，所述視距傳播直流增益模型具體為：

其中，A是光電探測器的物理面積，m是朗伯階數，D_d是發送端和接收端之間的距離，φ是輻射角，ψ是入射角，ψ_c是接收端的視場角，T_s(ψ)是光學濾波器的增益，g(ψ)是光學集中器的增益。

其中，所述一階反射直流增益模型具體為：