[发明专利]一种抗NLOS干扰的可见光定位方法

权利要求书

1.一种抗NLOS干扰的可见光定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、对输入带有LED灯具的ID信息的信号进行调制；经过调制后的信号通过LED驱动电路驱动LED发出光信号；

步骤2、接收端通过PD接收多个从不同的LED发射的信号，通过信号中特定的ID信息区别各个LED；经光电转换后光信号转换为电信号，再经过放大电路、滤波电路还原出原始信号；接收端能还原出各个LED的ID信息和获得接收端的光功率大小；

步骤3、用混沌优化算法估计初始位置，结合泰勒级数展开算法对接收端位置进行递归运算，得到最终精确定位点。

2.根据权利要求1所述的一种抗NLOS干扰的可见光定位方法，其特征在于，所述步骤1包括以下步骤：

步骤11、对带有LED灯ID信息的基带信号进行调制，使信号传输后失真度降低；

步骤12、将调制信号输入LED驱动电路，驱动LED灯发出带有ID信息的光信号。

3.根据权利要求1所述的一种抗NLOS干扰的可见光定位方法，其特征在于，所述步骤2包括以下步骤：

步骤21：接收端接收到多个LED发出的光信号，并将其转换为电信号；电信号经过自适应滤波电路还原信号；

步骤22、通过不同的ID信息分辨出不同LED的位置而且可以测量该信号的光功率大小。

4.根据权利要求1所述的一种抗NLOS干扰的可见光定位方法，其特征在于，其所述步骤3包括以下步骤：

步骤31：先给出一种混沌定义：设＜X,f＞是紧致系统，d是X的一个拓扑度量；设非空，如果存在不可数集合满足

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)]]>

则f在X₀上是在Li-Yorke意义下混沌的；其中，X为非空集合，f:X→X为X到自身的连续映射；X₀是属于紧致系统中集合X的非空子集；S是属于X₀的包含空间坐标的不可数子集；(x,y)为空间中的坐标；n为整数对且n>0，且fⁿ(x)＝x、fⁿ(y)＝y；limsup和liminf分别为上极限和下极限；d是一个拓扑度量；

首先选择采用Logistic映射：

y_n+1＝μy_n(1-y_n)…(3)

上述Logistic映射为一个迭代方程，这里的n为迭代时间步，对于任意的n，y_n∈[0,1]，μ为一可调参数，为了保证映射得到的y_n始终位于[0,1]，取μ∈[0,4]；

作为产生的混沌变量来进行优化搜索，其中μ是控制变量；当μ＝4时，定位系统完全处于混沌状态，y_n在(0,1)范围内遍历；

步骤32：对(3)式的y_n分别赋予i个具有微小差异的初值,得到i个轨迹不同的混沌变量，记为y_i,n+1，置k＝1；

将混沌变量按照下式线性映射到待定位区间：

x_i,n+1＝c_i+d_iy_i,n+1…(4)

c_i和d_i为常数，c_i和d_i的取值与需要定位的点所在的定位区间有关；

需保证c_i和d_i的取值使得x_i,n+1映射到定位的区间；得到的坐标(x_i,n+1,y_i,n+1)用于后面的计算，得到泰勒展开的初始坐标；，用混沌变量进行搜索；令x_k(k)＝x_i,n+1，计算相应的性能指标f_i(k)；令如果f_i(k)≤f^*，则f^*＝f_i(k)，x^*＝x_i(k)；

如果f_i(k)＞f^*，则放弃x_i(k)；

令k＝k+1，回到公式(4),进行搜索，当f^*保持不变时，搜索结束；

步骤33：引入残余函数的概念，考虑NLOS给接收端与发射端之间的距离测量带来的误差，定位模型可表示为：

r＝d(x)+b+n

其中，r表示接收端与发射端之间的测量距离矩阵，d(x)表示接收端和发射端之间的真实距离矩阵，b为一干扰向量，b＝[b₁,b₂,…b_M],b_i≥0，但b_i不会同时为0，n表示M维观测白噪声，E[n]＝0；b与n相互独立；在没有任何先验信息的条件下，LS即最小二乘的估计结果为：

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发射端集合，r_i表示接收端与第i个发射端的测量距离，表接收端与发射端之间的真实距离,其中为接收端的坐标，为第i个发射端的坐标，n₀表示解空间的大小为n₀×n₀；定义：为残余函数；将混沌优化算法用于求解定位方程(4)；当经过K步后R_es为一个可以接受的值时输出相应的(x₀,y₀)即为要定位的坐标，以此作为初始点；

步骤34、泰勒级数展开算法是一种需要移动台初始估计位置的递归算法，在每一次递归中通过求解TDOA测量误差的局部最小二乘(LS)解来逐渐改进对移动台的估计位置；对于一组TDOA测量值，该算法首先将式(5)在选定的移动台初始位置(x₀,y₀)进行泰勒展开

其中c为电波传播速度，R_i为第i个发射端与接收端的距离，R_i,1表示接收端与发射端i和接收端与发射端1即服务基站的距离差，d_i,1为TDOA测量值，(X_i,Y_i)为第i个发射端的坐标，(x,y)为MS的坐标；略去上式中二阶以上分量，ψ为误差矢量，则式(5)转化为：

ψ＝h_t-G_tδ…(6)

式子中，Δx＝x-x₀,Δy＝y-y₀,为初始位置(x₀,y₀)与各个基站之间的距离，i＝1,2,…,M，式(6)采用最小加权二乘算法(WLS)可求得：

δ=(GtTQ-1Gt)-1GtQ-1ht]]>

其中Q为TDOA的协方差矩阵，在下一次递归中令x₀＝x₀+Δx，y₀＝y₀+Δy，直到|Δx|+|Δy|＜η，η为一门限值，此时的(x₀,y₀)即为最终结果。