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多LED可见光定位通信一体化稳健功率分配

电子与信息学报 2024年第4期46卷 1186-1195页

作者：杨瑞鑫张冠杰马帅柴进晋徐刚李世银中国矿业大学信息与控制工程学院徐州221116 鹏城实验室深圳518055 空军工程大学防空反导学院西安710051 东南大学毫米波国家重点实验室南京210000

为了实现可见光定位(VLP)与可见光通信(VLC)一体化信号传输,保证稳健通信和有效定位,该文提出一种基于频分复用(FDM)的可见光定位通信一体化(VLPC)信号传输方案,并设计了一种多LED VLPC稳健功率分配方案。首先提出了一种基于频分复用的V... 详细信息

为了实现可见光定位(VLP)与可见光通信(VLC)一体化信号传输,保证稳健通信和有效定位,该文提出一种基于频分复用(FDM)的可见光定位通信一体化(VLPC)信号传输方案,并设计了一种多LED VLPC稳健功率分配方案。首先提出了一种基于频分复用的VLPC传输方案,实现两种信号一体化传输,频谱资源独立分配,从而降低传输时延,提高定位实时性;然后基于定位结果进行可见光信道估计,揭示了信道估计误差、通信速率与实际定位误差之间耦合关系与统计特性;更进一步,基于所得到的耦合关系,研究了多LED VLPC联合功率分配问题,从而最小化定位误差克拉默-拉奥下界(CRLB),并满足功率约束和通信速率中断概率约束,并利用半正定松弛、最差情况条件风险值和连续凸近似等方法,将难以求解的非凸问题转化为一系列凸半正定规划问题进行迭代求解,并获得高质量可行解;最后,经过数值仿真验证,所提出的方案能够同时实现稳健通信和有效定位。稳健传输速率超过350 Mbit/s,并且当最小速率门限为200 Mbit/s,最大中断概率门限为0.01时,在直射路径加散射路径场景中,可以实现厘米级定位。

关键词：可见光定位可见光通信稳健功率分配

基于Bi-LSTM神经网络的室内可见光定位方法

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光通信技术 2024年第2期48卷 36-41页

作者：王乐乐秦岭胡晓莉赵德胜内蒙古科技大学信息工程学院内蒙古包头014010

双向长短时记忆(Bi-LSTM)神经网络由于超参数众多,难以获得最优系统模型。同时,考虑到灰狼优化(GWO)算法可能过早收敛的情况,提出了一种采用GWO结合粒子群(GWO-PSO)算法优化Bi-LSTM神经网络的单灯定位方法。通过优化网络中的学习率、隐... 详细信息

双向长短时记忆(Bi-LSTM)神经网络由于超参数众多,难以获得最优系统模型。同时,考虑到灰狼优化(GWO)算法可能过早收敛的情况,提出了一种采用GWO结合粒子群(GWO-PSO)算法优化Bi-LSTM神经网络的单灯定位方法。通过优化网络中的学习率、隐藏神经元个数等超参数,提高系统的稳定性和定位精度。最后,采用加权K邻近(WKNN)算法对误差较大的点进行优化,以获得更精确的定位位置。仿真结果表明,在3 m×3.6 m×3 m的室内环境中,所提定位方法的平均定位误差为3.57 cm,其中90%的定位误差在6 cm内。

关键词：可见光定位双向长短时记忆灰狼结合粒子群加权K近邻

基于RSSR融合RNGO-Elman神经网络的室内可见光定位

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半导体光电 2024年第3期45卷 449-457页

作者：张慧颖盛美春梁士达马成宇李月月吉林化工学院信息与控制工程学院吉林132022

针对动态环境下基于接收信号强度的传统可见光定位方法定位精度低、稳定性差等问题,提出一种基于接收信号强度比的改进北方苍鹰算法(NGO)优化Elman神经网络(RNGOElman)的室内可见光定位系统。提出选择一个辅助参考点,将待测参考点与辅... 详细信息

针对动态环境下基于接收信号强度的传统可见光定位方法定位精度低、稳定性差等问题,提出一种基于接收信号强度比的改进北方苍鹰算法(NGO)优化Elman神经网络(RNGOElman)的室内可见光定位系统。提出选择一个辅助参考点,将待测参考点与辅助参考点的接收信号强度比值和接收机的真实位置作为训练集数据,建立不受动态环境影响的指纹数据库。针对NGO算法收敛速度慢、容易陷入局部最优等问题,利用折射反向学习策略初始化种群,增加种群多样性,引入非线性权重因子来加快收敛速度,避免陷入局部最优。使用优化后的NGO算法来优化Elman神经网络的初始权值和阈值,构建RNGO-Elman动态定位预测模型。仿真结果表明,在4m×4m×3m的实验空间下,优化后的RNGO-Elman定位模型平均定位误差为1.34cm,定位精度相较于Elman定位算法、NGO-Elman定位算法分别提高了82%,21%。在LED发射功率波动时,基于RSSR的RNGO-Elman定位误差为1.29cm,1.38cm。所提可见光定位方法具有定位精度高、定位性能稳定等优点。

关键词：光通信北方苍鹰算法 Elman神经网络接收信号强度比可见光定位

可见光定位技术在矿井人员定位系统中的应用研究

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煤炭技术 2024年第3期43卷 267-270页

作者：薛卓内蒙古汇能煤电集团有限公司内蒙古鄂尔多斯017000

矿井人员位置监测系统是国家要求装备的煤矿安全避险六大系统之一,在煤矿安全生产、事故应急救援和事故调查中发挥着重要作用。可见光定位技术因其安全性高、成本低、绿色节能等优势成为极具潜力的矿井定位技术之一。总结了矿井常用无... 详细信息

矿井人员位置监测系统是国家要求装备的煤矿安全避险六大系统之一,在煤矿安全生产、事故应急救援和事故调查中发挥着重要作用。可见光定位技术因其安全性高、成本低、绿色节能等优势成为极具潜力的矿井定位技术之一。总结了矿井常用无线定位技术的特点,如基于射频标签识别、Wi-Fi、ZigBee、超宽带、5G的室内定位技术,提出采用可见光定位技术实现矿井人员定位的方法。总结了常用可见光定位算法,讨论了几种适合矿井巷道的可见光定位系统,定位平均误差均低于10 cm,成像定位系统对光强变化不敏感,受环境影响小,定位效果更稳定。

关键词：可见光定位成像定位位置检测煤矿安全

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基于交叉熵金鹰优化算法的室内可见光定位

安徽工业大学学报(自然科学版) 2024年

作者：杨洋李国成贾朝川皖西学院电子与信息工程学院皖西学院金融与数学学院

为改善金鹰算法在求解室内可见光定位问题时的优化能力，基于重要度抽样技术和Kullback-Leibler距离的交叉熵(CE)方法，提出1种新的交叉熵金鹰优化(CEGEO) 算法。将交叉熵方法融合到金鹰优化(GEO)算法中，通过协同演化获得的新种群更新... 详细信息

为改善金鹰算法在求解室内可见光定位问题时的优化能力，基于重要度抽样技术和Kullback-Leibler距离的交叉熵(CE)方法，提出1种新的交叉熵金鹰优化(CEGEO) 算法。将交叉熵方法融合到金鹰优化(GEO)算法中，通过协同演化获得的新种群更新抽样概率分布参数，加速算法的迭代进程，降低抽样样本数和计算成本，提高算法的全局优化能力；同时，采用共同更新得到更好的个体，大幅度增加种群的多样性，改善算法的收敛速度。采用CEGEO算法及其他4种算法对标准测试函数和室内可见光定位优化问题进行仿真实验，比较分析CEGEO算法的性能。结果表明：与其他4种算法相比，CEGEO算法具有更高的求解精度和更快的收敛速度，能有效平衡全局和局部搜索能力，寻优能力更强；在室内可见光定位中定位精度小于2.74E-12 cm，估计位置误差最小，平均误差接近2.07E-15 cm，是1种解决室内可见光定位优化问题的有效算法。

关键词：金鹰优化算法交叉熵可见光定位可见光通信

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应用于核电厂的高精度可见光定位技术的研究

照明工程学报 2024年第1期35卷 41-49页

作者：章小强刘泽林张聪杰张宏亮潘锋中广核数字科技有限公司上海201100 台山核电合营有限公司广东台山529200

无线通信技术可以有效地促进核电站更高效、更便捷的建设和运营。然而,传统的无线通信技术存在一些潜在的风险,如射频电火花与电磁干扰,这会危及核电站的运行。近年来,被誉为“绿色照明”的LED照明技术快速发展,基于可见光通信(Visible ... 详细信息

无线通信技术可以有效地促进核电站更高效、更便捷的建设和运营。然而,传统的无线通信技术存在一些潜在的风险,如射频电火花与电磁干扰,这会危及核电站的运行。近年来,被誉为“绿色照明”的LED照明技术快速发展,基于可见光通信(Visible Light Communication, VLC)技术的可见光定位(Visible Light Positioning, VLP)技术因其无电磁干扰且安全性高而引起广泛的关注。考虑到某些极端环境要求机器人配备精确的、抗辐射的室内定位系统来完成艰巨的工作,本文提出了一种新型的高精度VLP系统,以实现在辐射环境下的鲁棒的高精度室内定位,进而满足核电厂中工业智能化应用需求。另外,本文设计了具有VLC功能的智能LED灯具,并结合基于色散校准优化方法的高精度VLP算法,提供同时照明与高精度的室内定位。实验测试表明:所提出的VLP系统可以实现0.82 cm的平均定位精度,并确保90%的定位误差小于1.41 cm。通过在核电站的关键位置安装该智能LED灯具,可以创建室内定位与跟踪系统,进而加强核电厂内移动机器人的安全性。

关键词：核电厂可见光定位可见光通信移动机器人室内定位

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成像型可见光定位系统优化研究

电子与信息学报 2022年第12期44卷 4246-4255页

作者：刘翔宇刘保睿宋嵩郭磊重庆邮电大学通信与信息工程学院智能通信与网络安全研究院重庆400065 东北大学计算机科学与工程学院沈阳110819 杭州中科先进技术研究院杭州310005

现有室内成像型可见光定位系统多注重定位精度的提高,而忽略了系统的解码识别成功率和定位算法的适用性。表现在:(1)接收端捕获带有模糊效应的图像会导致解码识别率变低;(2)定位系统移动状态下采用单一算法定位,且双灯(dual-LED)算法的... 详细信息

现有室内成像型可见光定位系统多注重定位精度的提高,而忽略了系统的解码识别成功率和定位算法的适用性。表现在:(1)接收端捕获带有模糊效应的图像会导致解码识别率变低;(2)定位系统移动状态下采用单一算法定位,且双灯(dual-LED)算法的旋转角存在非确定性,导致定位精度大幅度变化,甚至定位系统失效。该文首先提出基于条纹宽度比的解码算法,消除人为设定硬阈值的缺陷;然后,提出基于旋转角优化的联合定位算法,利用方向传感器辅助确认旋转角并联合定位;此外,还设计了简易导航功能。实验结果表明,该算法使得解码识别率在1.5 m内可达99%,系统平均定位误差为3.998 cm。

关键词：可见光定位条纹宽度比定位算法优化系统

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PD辅助的P3P可见光定位算法

北京邮电大学学报 2022年第1期45卷 75-81页

作者：张志涛郭彩丽柏琳于倍杨洋北京邮电大学信息与通信工程学院北京100876 中国船舶集团有限公司中国船舶工业系统工程研究院北京100094

针对可见光定位中的发光二极管(LED)数目和朝向对定位性能影响较大的问题,提出光电传感器(PD)辅助的3点透视(P3P)定位算法。算法首先基于图像信息估算入射角,然后使用经典P3P算法得出4组接收器到3个LED的距离解集,最后基于光强信息确定... 详细信息

针对可见光定位中的发光二极管(LED)数目和朝向对定位性能影响较大的问题,提出光电传感器(PD)辅助的3点透视(P3P)定位算法。算法首先基于图像信息估算入射角,然后使用经典P3P算法得出4组接收器到3个LED的距离解集,最后基于光强信息确定唯一的距离解集并计算位置信息。仿真结果表明,该算法能有效地降低LED倾斜带来的定位误差。为了进一步验证算法性能,搭建了可见光定位平台。基于实测平台验证了该算法使用3个倾角在15°之内的LED可以实现20 cm以内的定位误差。

关键词：可见光定位光电传感器三点透视定位算法图像传感器

基于BAS-LSSVM的室内可见光指纹定位方法

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激光与光电子学进展 2022年第11期59卷 217-224页

作者：邓勇刘赣西南石油大学机电工程学院四川成都610500

为提高室内可见光定位精度,提出一种基于天牛须搜索算法优化最小二乘支持向量机(BAS-LSSVM)的可见光指纹定位方法。先利用LED的光强信号强度特征构建指纹库,然后用天牛须搜索算法对最小二乘支持向量机的超参数进行优化以实现提高精度和... 详细信息

为提高室内可见光定位精度,提出一种基于天牛须搜索算法优化最小二乘支持向量机(BAS-LSSVM)的可见光指纹定位方法。先利用LED的光强信号强度特征构建指纹库,然后用天牛须搜索算法对最小二乘支持向量机的超参数进行优化以实现提高精度和减少时间开销的目的,最后建立位置坐标和信号强度特征的映射关系实现定位。实验结果表明,BAS-LSSVM定位方法可以实现良好的定位效果,97.0%的测试点定位误差不大于0.10 m,所有测试点平均定位误差为0.031 m。

关键词：光通信可见光定位天牛须搜索算法最小二乘支持向量机