可见光室内定位系统的研究
可见光室内定位技术研究进展
可见光室内定位技术研究进展
陈静;刘旋;郑杰
【期刊名称】《电讯技术》
【年(卷),期】2024(64)3
【摘要】可见光赋能的定位技术具有无电磁辐射、成本低、精度高、安全性高、不易受电磁干扰等优势,故近年来可见光室内定位技术(Visible Light Indoor Positioning,VLIP)受到了学界和业界的广泛关注。
为了展示VLIP的研究进展和发展全貌,阐述了VLIP的系统架构及相关通信技术,对VLIP基础定位方法及其相关辅助定位技术进行了详细地梳理、分类和对比分析,针对VLIP当前面临的挑战分析了潜在的解决方案,展望了VLIP未来研究方向。
【总页数】10页(P478-487)
【作者】陈静;刘旋;郑杰
【作者单位】扬州大学信息工程学院(人工智能学院);东南大学计算机科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN929.1
【相关文献】
1.基于可见光通信的室内定位技术研究
2.基于可见光强度的室内定位技术研究
3.可见光通信室内定位技术进展与应用
4.基于CPPM-RSSI算法的可见光室内定位技术研究
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基于可见光通信技术的室内定位设计与实践
基于可见光通信技术的室内定位设计与实践室内定位是指利用技术手段在室内环境中确定或追踪物体或人员的位置信息。
在日常生活和工作中，室内定位具有广泛的应用场景，如无线定位导航、智能家居系统、室内导航等。
而基于可见光通信技术的室内定位系统具有较高的精度和稳定性，被广泛应用于各个领域。
本文将探讨基于可见光通信技术的室内定位的设计与实践。
首先，我们需要了解可见光通信技术的原理。
可见光通信技术是利用可见光范围内的光波进行数据传输的一种通信方式。
它通过利用LED灯或荧光灯等光源产生的可见光进行信息传递。
在室内定位中，我们可以使用这种技术来实现定位系统。
基于可见光通信的室内定位系统通常由发送端和接收端组成。
发送端利用LED灯或其他光源发出光信号，接收端根据接收到的光信号进行距离测量，从而确定物体或人员的位置。
其次，室内定位系统的设计需要考虑多个因素。
首先是光源的布置。
光源应该均匀分布在室内空间中，避免盲区的产生，以获得更准确的定位结果。
其次是接收端的设计。
接收端通常由光传感器和计算设备组成。
光传感器用于接收光信号，并将其转化为电信号。
计算设备则根据接收到的光信号进行距离测量和定位计算。
此外，室内定位系统还需要考虑室内环境的干扰因素，如光线强度的变化、遮挡物、反射等，以减少误差。
在实践中，室内定位系统的设计和部署需要遵循以下步骤。
首先，进行室内场地的勘测和规划。
通过勘测室内环境，确定合适的光源位置和数量，并考虑遮挡物、光线强度等因素。
其次，选择合适的硬件设备。
根据场地的大小和需求，选择适合的LED灯或光源和光传感器。
然后，搭建室内定位系统的硬件平台。
根据设计需求，将光源和光传感器进行布置，并连接计算设备。
最后，进行系统的测试和调整。
通过收集和分析实时数据，调整系统参数，以提高定位的精度和稳定性。
基于可见光通信技术的室内定位系统具有多个优点。
首先，可见光通信技术不会对人体健康产生影响，相比其他技术如射频定位等更加安全。
基于可见基于可见光通信的室内定位和导航技术研究光通信的室内通信技术研究
接收端通过光电二极管接收信 号，并转换为电信号。
可见光通信技术的优点数据传输， 实现高速、稳 定的室内无线 网络连接。
01
智能照明系统： 将可见光通信 技术与智能照 明系统相结合， 实现照明与通 信的融合。
02
安全通信：利 用可见光通信 技术的安全性， 实现机密信息 的安全传输。
基于可见光通信的 室内通信技术实验 研究
实验环境：室内环境，光线充足 设备：可见光通信设备，包括发射器和接收器 实验目的：验证可见光通信技术在室内环境中的可行性和性能 实验方法：通过发送和接收数据，测试通信速度、可靠性和稳定性
● 实验目的：验证可见光通信技术的可行性和性能 ● 实验设备：可见光通信系统、接收器、发送器、光探测器等 ● 实验环境：室内环境，如办公室、实验室等 ● 实验步骤： ● 搭建可见光通信系统 ● 发送和接收数据 ● 测量通信性能，如传输速率、误码率等 ● 分析实验结果，得出结论 ● 实验注意事项：确保实验环境的稳定性和安全性，避免干扰和危险因素
基于可见光通信的 室内通信技术研究
发送端：负责将数据转换为光信号并发送出去 接收端：负责接收光信号并将其转换为数据 信道：传输光信号的介质，如空气、光纤等
编码方式：将数据转换为光信号的规则，如脉 冲位置调制、脉冲宽度调制等
调制方式：将光信号的强度、频率等参数与数 据相结合的方式，如幅度调制、频率调制等
接收方式：接收光信号并将其转换为数据的方 式，如直接检测、相干检测等
添加 标题
可见光通信的基本原理
添加 标题
信号检测与估计技术
添加 标题
信号同步与抗干扰技术
添加 标题
室内通信信号的调制与解调技术
添加 标题
信道编码与解码技术
一种基于可见光信标的室内定位系统及实现
0 1 2 … 2M - 1
Hale Waihona Puke 0 起始时隙 保护时隙脉冲位置
图 3 SRDPIM 符号结构
t = 100 μs
1
0 1 2 … 15
0 1 2 … 15
82 2015，51（5）
Computer Engineering and Applications 计算机工程与应用
一种基于可见光信标的室内定位系统及实现
陈灿峰 1，谭 伟 2
CHEN Canfeng1, TAN Wei2
1.诺基亚中国研究院，北京 100013 2.北京航空航天大学 软件学院，北京 100083 1.Nokia Research Center, Beijing 100013, China 2.School of Software, Beihang University, Beijing 100083, China
使用 PDR 计算出相 对于信标 1 的距离
接收器
…
接收器
…
接收器
步行方向
接收器接收到信 标节点 1 的光信
号，解调得到信标 节点 1 的 ID1 值
接收器接收到信 标节点 2 的光信
号，解调得到信标 节点 2 的 ID2 值
接收器无法接收
到信标节点的光 信号，依靠 PDR
测量得到偏移信 标节点 2 的距离
1 引言
随着近年来人们对室内定位和导航服务的需求日 益增加，实现低成本、高精度的室内定位，具有越来越重 要的现实意义。目前，常用的室内定位技术主要有以下 几种[1]：WIFI，蓝牙，ZigBee，超宽带，RFID 等定位方案， 算 法 有 基 于 时 间 到 达（TOA），到 达 时 间 差（TDOA），接 收信号强度指示（RSSI），指纹等定位算法。然而这些定 位 方 案 都 有 部 署 难 、设 备 复 杂 、成 本 高 等 缺 点 。 针 对 这 些不足和近年来可见光通信技术的发展，国外研究人员 开始提出基于可见光的室内定位方案。与传统方案相 比，基于可见光的室内定位无电磁污染，部署容易，既满 足 照 明 要 求 ，又 降 低 了 功 耗 和 成 本 。 随 着 下 一 代 绿 色 LED 照明技术的发展，基于可见光的室内定位将是一种 很有前景的室内定位备选方案。
基于LED可见光的室内定位系统研究与实现
1. 引言
随着科技与经济的不断发展，人们对于定位服务的需求急剧提高。当前，以 GPS (全球卫星定位系统) 为代表的卫星定位系统已基本满足了室外定位的需求，但对于卫星信号难以穿透的室内环境却并不适用。 与此同时，随着智能设备的普及，室内定位在商业领域、公共安全及军事等领域日益受到重视[1]。当前， 室内定位技术主要包括 Wi-Fi 定位、红外定位、超声定位等，这些定位技术虽然能满足室内定位需求， 但通常需要铺设许多传感器，设备环境复杂、使用成本较高[2]，这些缺点极大地限制了室内定位技术的 发展。但近年来，随着固态照明技术突飞猛进，LED 以其低功耗、使用寿命长[3]等特点逐渐成为了主要 的照明手段，极大地降低了照明的成本，在此基础上，利用可见光进行室内定位的技术也得到了广泛重 视，相比于其他传统的室内定位技术，利用可见光进行室内定位具有功耗低、成本低、兼顾照明、无电 磁干扰、应用场合广等优点[4]。
摘要
近年来，室内可见光定位技术以其成本低廉、易于铺设、无电磁干扰、适用面广等特点逐渐成为室内定
*通讯作者。
文章引用: 陈诗航, 陆翔, 林德亿, 丁肖倩, 韦曾冠, 金渊高, 万玲玉. 基于 LED 可见光的室内定位系统研究与实现[J]. 应用物理, 2019, 9(3): 140-148. DOI: 10.12677/app.2019.93017
Applied Physics 应用物理, 2019, 9(3), 140-148 Published Online March 2019 in Hans. /journal/app https:///10.12677/app.2019.93017
关键词
光定位，STM32，三角测量
Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). /licenses/by/4.0/
室内可见光定位的原理
室内可见光定位的原理
室内可见光定位的基本原理如下:
1. 发射器布置
在室内天花板等高处布置多个可见光发射器,形成发射器阵列。
2. 编码发射
每个发射器发出编码唯一的可见光信号,一般为高频闪烁光。
3. 摄像头采集
目标对象头戴或携带照相机,对室内区域进行全方位拍摄。
4. 解码识别
通过图像处理算法,识别摄像头视野内可见光发射器的位置。
5. 距离解析
根据每个发射器的视线角度,解析出目标对象与发射器的方位和距离。
6. 三角计算
利用多个发射器与目标对象形成的距离构成三角网,求解目标的空间坐标。
7. 数据融合
结合惯性传感器等数据进行融合,校正定位坐标结果。
8. 跟踪定位
当目标在室内移动时,持续重复上述过程,实时测量目标的空间坐标。
9. 抗干扰设计
采用调制编码、滤波识别等技术,提高对室内复杂光线的抗干扰能力。
10.网络协同
多个目标同时定位时,需要进行网络协同,避免信号冲突。
综上所述,这种室内可见光定位方式,具有准确、稳定、低成本等优点,可广泛用于
各种室内导航和定位应用。
室内导航系统中的定位与路径规划研究
室内导航系统中的定位与路径规划研究随着室内定位技术的快速发展，室内导航系统在商业、医院、机场和大型商场等多个场景中得到了广泛应用。
在室内环境中，人们难以准确获得精确的位置信息，这给人们的出行和定位带来了困难。
为了解决这一问题，研究人员们开始关注室内定位与路径规划技术，并在这一领域做出了一系列的研究和创新。
一、室内定位技术的发展为了使室内定位系统能够准确地获取用户的位置信息，研究人员们开发了多种室内定位技术，包括无线信号定位技术、惯性导航技术、视觉定位技术、声纹识别技术等。
其中，无线信号定位技术是目前应用最广泛的一种技术，主要包括Wi-Fi定位技术和蓝牙定位技术。
Wi-Fi定位技术利用室内Wi-Fi信号的强度和到达时间差等信息来进行定位。
它通过在室内布置多个Wi-Fi信号基站，并在用户设备上接收和处理信号，通过信号的强度和到达时间差等信息，确定用户的位置。
这种技术具有定位精度高、成本低廉的优势，适用于大多数室内环境。
蓝牙定位技术是另一种常用的室内定位技术。
它利用蓝牙信号的强度和到达时间差等信息，通过部署蓝牙信标设备和用户设备，实现室内定位。
蓝牙定位技术具有低功耗、定位精度高的特点，适用于需要长时间定位的场景。
二、路径规划技术在室内导航系统中的应用路径规划是室内导航系统的核心功能之一。
它通过分析地图和定位信息，确定最佳路径来引导用户到达目的地。
在室内环境中，由于存在多个房间、楼层、走廊等因素，路径规划变得更加复杂。
因此，研究人员们提出了多种路径规划算法来解决这一问题。
最短路径算法是最简单、最直观的一种路径规划算法。
它通过计算节点之间的距离和地图的拓扑结构，确定最短路径。
然而，在室内环境中，由于存在多个房间、楼层和走廊等复杂结构，最短路径算法无法考虑到一些特殊的室内环境因素，导致路径规划的准确性较低。
为了提高路径规划的准确性和效果，研究人员们提出了更加复杂和高级的路径规划算法，如A*算法、Dijkstra算法、遗传算法等。
可见光通信技术在室内定位中的应用
可见光通信技术在室内定位中的应用随着科技的发展，现代人们的生活方式发生了翻天覆地的变化，人们渐渐地从传统的辛勤劳作转向了更加自由和舒适的生活方式。
同时，随着激烈的市场竞争，以及用户对数据价值的不断提高，对于室内定位技术的需求也越发迫切。
在这个背景下，基于可见光通信技术的室内定位技术逐渐被人们所熟知和认可，成为了当今室内定位技术领域的研究热点。
本文探讨可见光通信技术在室内定位中的应用。
一、室内定位的现状与挑战在室外环境下，全球定位系统（GPS）已经成为了一种不可或缺的技术，但是在室内环境下，独立的GPS定位系统由于受到建筑物、人群干扰等因素的影响而难以取得满意效果。
虽然使用无线信号可以实现室内定位，但是现有的室内定位技术存在一些局限性。
例如，射频信号的穿透力较弱，容易被楼层、墙面、隔断等建筑障碍物所阻挡，从而导致数据传输量减少，定位精度不高。
此外，射频信号也易受到干扰，而且频段资源紧张，容易出现干扰现象。
二、可见光通信技术在室内定位中的优势相对于使用射频信号的定位技术，可见光通信技术（VLC）在室内定位中具有独特的优势。
可见光通信技术使用的是可见光范围内的LED发射器和接收器，具有更高的载频数量和带宽范围，从而可以提供更高的数据传输速率和更低的传输延迟。
此外，基于可见光通信技术的室内定位系统能够对电力、市政、工业式建筑等领域进行精细区域管理，保证室内环境的安全稳定，实现对于空间的精细把控。
三、可见光通信技术在室内定位中的实现使用可见光通信技术进行室内定位需要在室内安装相应的LED灯和接收器，LED灯充当了信号发射器的角色，而接收器可以是智能手机、智能手表等设备。
在基于可见光通信技术的室内定位系统中，LED灯发射出一些特定的信号，接收器捕捉这些信号，系统接着将这些信息与已有的地图和数据进行匹配，并根据设备反馈信号计算出设备所处的位置，从而实现室内定位。
相比于其他的定位方式，基于可见光通信的室内定位具有诸多优势。
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管，LCD1602 液晶显示模块，按键模块和电源模块等组成。 ■■2.1 光源选择
光源的发送端有很多选择，但必须有稳定光源，可以用 1 瓦的 LED 白光二极管。 ■■2.2 光电探测器的选择
硅光电池是一种直接把光能转换成电能的半导体器件。 它的结构很简单，核心部分是一个大面积的 PN 结，把一只 透明玻璃外壳的点接触型二极管与一块微安表接成闭合回 路，当二极管的管芯 (PN 结 ) 受到光照时，你就会看到微安 表的表针发生偏转，显示出回路里有电流，这个现象称为光 生伏特效应。硅光电池的 PN 结面积要比二极管的 PN 结大 得多，所以受到光照时产生的电动势和电流也大得多。所以
关键词：可见光；定位；无线通讯；测量；单片机
0 引言
由于各种通信网络技术的快速发展，大众对各种环境下 的位置定位导航服务的需求逐渐增大，实现室内室外的定位 已经成为人们研究的热点内容。GPS 等其他定位系统，可 以对室外的进行精准定位，而对于室内却很难做到精准定 位。因为室内有比较复杂的结构，还有很多的电磁干扰。这 就促使我们开发一种新的定位系统，对比多方面的数据，作 为研究末端的可见光定位系统，对于其他的几种定位系统有很 多的优势，它具有光源在室内比较容易安放，经济实惠，而 且定位精度高等特点。但是作为末端的技术，现在很多技术 还没有成熟，所以我们将面临着很多挑战与好多攻克的难关。
信号接收端主要是由硅光电传感器模块以及模数转换 电路组成，光电转换模块是接收端的核心部分，它起到将光信 号转化为电信号的作用。为了使定位精度更准确，光电转换效
的数字信号；对其进行处理计算，
并 得 到 该 传 感 器 所 在 位 置 坐 标；
实现可见光室内定位的功能。
2 硬件设计
该可见光室内定位系统主要 由 STC89C52 单片机，LED 光源， S6869 光电转化器，PN 光电二极 54 | 电子制作 2019 年 02-03 月
1 系统结构及设计方案
系统方案框图如图 1 所示。 本文采用的可见光室内定位系统的结构模块主要分为 LED 电路的信号发送端、光电传感器模块的信号接收端、 以及 STC89C52 单片机控制的测量及显示电路。 LED 电路发送端包括 12V 电源、LED 灯光源信号电路。 光电传感器模块信号接收端包括硅光电池传感器、运算放大 器、带通滤波器和过零比较器。接收端通过硅光电池接收光 强信号并将其转换成电信号并经运算放大器放大后经过带 通滤波器，再通过比较器和模数转换器将接收的模拟信号转 换为数字信号从而完成数字信号的传输；单片机 STC89C52 收到来自光电传感器信号接收端
采用 STC89C52 单片机 对输入的数字信号进行处理 及计算，硅光电池传感器接 收 LED 灯发出的光强并产生 相应的电信号，经模数转换 电路将电信号转化为数字信 号。不同的位置硅光电池传 感器模块对光照强度的接收 不同，将会产生四个电流信 号 a、b、c、d， 进 而 转 换 为 四 个 数 字 信 号 a1、b1、 c1、d1，然后与数据库的数 字信息进行比较，得出传感 器所在的位置坐标。图 4 为 程序设计框图。
选择硅光电池传感器具有很高的灵敏度。 ■■2.3 光发送端设计
光发送端主要是 LED 光源及相应的信号发送电路，作 用是产生信号，发出光线，用于光电传感器的检测。本文采 用的 LED 灯珠主要由支架、银胶、晶片、金线、环氧树脂 五种物料所组成。由直流低压驱动具有很高的安全性、以及 具有很长的使用寿命和很高的可靠性；而且还具有亮度高， 聚光性好等特点。 ■■2.4 光接收端设计
信息工程
可见光室内定位系统的研究
杨庆雨，袁向荣，宋小刚，陈文彬，刘方磊，陈天宇 （山东英才学院，山东济南，250000）
摘要：随着当今时代的快速发展，基于全球的室外定位系统已经相当成熟，而室内定位在工业生产和日常生活中存在的重要潜在价值，越 来越受到人们的重视。可见光控制的室内定位是一种新型的室内定位技术，它与传统的无线定位技术相比，具有功耗低、抗电磁干扰、成 本低、定位精准度高的优点。以 LED 小灯泡作为信号源的可见光通信系统进行数据传输，实现室内精准定位。本文应用的可见光的室内 定位技术是利用LED灯在不同位置所发出的光照强度不同而进行的定位技术，在距离LED光源远近的不号输入到STC89C52单片机上进行处 理，最终实现高精准度室内定位并显示出各方向光照强度的方法。本文对可见光室内定位技术进行了研究，初步实现了可见光室内定位与 测量。
STC89C52 单片机是一种低能耗、高效率、易操作的 单片机，有 8K 的储存空间，可以在电脑上直接编程。而且 STC89C52 单片机具有抗干扰能力强，经济实惠的优点。
3 软件设计
经过带通滤波器，再通过比较器和模数转换器将接收的模 拟信号转换为数字信号从而完成数字信号的传输；单片机 STC89C52 收到来自光电传感器信号接收端的数字信号；对 其进行处理计算，并得到该传感器所在位置坐标；实现可见 光室内定位的功能。
本文采用硅光电池传感器实现可见光室内定位技术，以 房间的一个角落为原点，三条角线为 xyz 轴，在原点和坐标 轴的末端分别放入四个传感器，四个传感器模块将检测到的 光信号通过 A/D 转换输送给单片机，单片机通过一定的算 法程序计算出光源的位置，并且在外接显示屏中显示光源的 坐标。
5 结束语
可见光室内定位技术正在快速发展，可见光通信不久将 进入人们的生活，其拥有广阔的应用前景。本文主要描述了 使用光电传感器对 LED 灯的定位方法，利用了硅光电池传 感器能够将光信号转化为电信号，并用 STC89C52 单片机 进行信号的处理及计算，通过 LCD 显示屏得到位置显示。 通过实验测试，依据数据结果分析，所采用的设计方案可行 有效，能够实现定位的功能，并且效果较好。
图 1 系统方案框图 图 2 电路整体连接图
信息工程
果更好，本文采用了硅光电池传感器作为光电传感器。
图 3 硅光电池放大电路 ■■2.5 液晶显示电路模块
LCD1602 液晶显示屏在工业上广泛运用，能够同时显 示 32 个字符，是一种专门用来显示字母、数字、符号等的 点阵型液晶模块。其中 RS 为寄存器选择端，高位时是数据 寄存器，低位时是指令寄存器；RW 时读写信号线，高位时 是读，低位时是写；E 为使能控制端。 ■■2.6 单片机