西電中期報(bào)告標(biāo)準(zhǔn)模版

1、西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中期進(jìn)展報(bào)告（ 2016 屆）題 目 車(chē)載可見(jiàn)光定位技術(shù)研究 學(xué)生姓名 專(zhuān) 業(yè) 通信工程 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 2016 年 4 月（本表一式三份，本人、指導(dǎo)教師、學(xué)院各一份）1、畢業(yè)設(shè)計(jì)工作是否更換題目及是否按開(kāi)題報(bào)告預(yù)定的內(nèi)容及進(jìn)度安排進(jìn)行沒(méi)有更換題目，按照開(kāi)題報(bào)告預(yù)定的內(nèi)容及進(jìn)度安排進(jìn)行中。2 目前已完成的研究工作及結(jié)果（內(nèi)容要詳實(shí)充分）課題研究背景：最先開(kāi)始的定位技術(shù)為GPS技術(shù)。GPS定位中最為實(shí)用的RTK定位測(cè)量方式 xyz=xyz-1000-zyx010z0-xy001-yx0zxyzm在至少3個(gè)公共點(diǎn)上，求GPS坐標(biāo)與適用坐標(biāo)之間的

2、轉(zhuǎn)換參數(shù)(點(diǎn)校正)；式中：X、Y、z是當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系中的實(shí)際(適用)坐標(biāo)，x、y、zRTK測(cè)出的坐標(biāo)，xyz是坐標(biāo)平移參數(shù)僅是坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)參數(shù)，m是縮放參數(shù)，中間3×7的矩陣是轉(zhuǎn)換系數(shù)陣。用2個(gè)平高、1個(gè)高程公共點(diǎn)，代人上式(列出7個(gè)方程)，解出7個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)(唯一解)；用3個(gè)平高公共點(diǎn)帶入，可列出9個(gè)方程，平差解出7個(gè)參數(shù)的最或是值。獲得7個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)(平移、旋轉(zhuǎn)、縮放)后，將RTK每測(cè)出1個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)xyz，帶人上式求出該點(diǎn)的適用坐標(biāo)xyz。這是原理，實(shí)際是將新參數(shù)重新置人RTK中即可(RTK直接顯示適用坐標(biāo))。這便是通常我們所見(jiàn)的GPS定位技術(shù)中常見(jiàn)的實(shí)現(xiàn)方式。然后出現(xiàn)的是WIFI定位技術(shù)主

3、要用于室內(nèi)下面介紹一種常見(jiàn)的方式室內(nèi)常用的定位方法：到達(dá)時(shí)間法（TOA）通過(guò)測(cè)量無(wú)線信號(hào)在發(fā)射端與待測(cè)點(diǎn)傳播的單程或者往返時(shí)間，根據(jù)信號(hào)傳播速度來(lái)計(jì)算出發(fā)射端與待測(cè)點(diǎn)之間的距離。若測(cè)量單程時(shí)間，要求發(fā)射端或者待測(cè)點(diǎn)能記錄信號(hào)發(fā)射的準(zhǔn)確時(shí)間，對(duì)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)鐘同步有較高的要求。若測(cè)量往返時(shí)間，則不要求發(fā)射端與待測(cè)點(diǎn)之間的同步，只需要發(fā)射端或待測(cè)點(diǎn)有比較精確的時(shí)鐘。采用此方法，用所測(cè)的往返時(shí)間除以2即可得到單程時(shí)間，這個(gè)方法在測(cè)量傳播時(shí)間中十分常見(jiàn)。若發(fā)射端到接收端的傳播時(shí)間為t，無(wú)線信號(hào)的傳播速度為v，則發(fā)射端到接收端的距離s可估算為v*t。在確定空間中點(diǎn)的位置時(shí)，可使用三邊定位方法?；赪I

4、FI的定位系統(tǒng)中，發(fā)射信號(hào)端為無(wú)線接入點(diǎn)(AP)，在理想的環(huán)境下，選取3個(gè)AP為圓心，以估算出AP到接收端的距離為半徑畫(huà)圓，在理想的情況下，三圓會(huì)相交于一點(diǎn)，這點(diǎn)即為待測(cè)點(diǎn)的空間位置。、這種方法對(duì)時(shí)間的同步性要求，和時(shí)間的精度要求特別高。實(shí)現(xiàn)起來(lái)難度很大。方法2：到達(dá)角度法（AOA）通過(guò)己知的AP節(jié)點(diǎn)和待測(cè)點(diǎn)間的角度進(jìn)行定位。在該定位機(jī)制中，通過(guò)接收端感知AP發(fā)送信號(hào)的到達(dá)方向或者角度，然后可通過(guò)三角定位測(cè)量法(在接下來(lái)的計(jì)算節(jié)點(diǎn)位置的方法中介紹)計(jì)算出節(jié)點(diǎn)的。AOA很容易受到外界環(huán)境的干擾。對(duì)于與定位精度有很大的影響，實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明AOA的定位精度甚至不如（TOA）.方法3：到達(dá)時(shí)間差法（TD

5、OA）在TDOA方法通過(guò)測(cè)量無(wú)線信號(hào)從不同AP的時(shí)間差來(lái)進(jìn)行定位，這樣做可以大大降低AP與待測(cè)點(diǎn)時(shí)間同步的要求。待測(cè)點(diǎn)到達(dá)AP的時(shí)間差為一定的值，可知待測(cè)點(diǎn)與AP的距離差也為定值，待測(cè)點(diǎn)一定位于以AP為焦點(diǎn)的雙曲線上，可用雙曲線定位法算出空間中點(diǎn)的位置，即求解出不同AP的雙曲線的交點(diǎn)。若要求出AP的位置，至少需要兩個(gè)雙曲線方程組成一個(gè)方程組，即需要3個(gè)AP。信號(hào)強(qiáng)度法(RSSI) 在室內(nèi)的已知環(huán)境中，使用可以接收到信號(hào)強(qiáng)度的機(jī)器去估計(jì)室內(nèi)環(huán)境中的環(huán)境干擾參數(shù)和墻壁衰減因子。從而得出該室內(nèi)環(huán)境下的傳播模型。據(jù)此，就可以通過(guò)待測(cè)節(jié)點(diǎn)所接收到的信號(hào)強(qiáng)度去估計(jì)出待測(cè)節(jié)點(diǎn)與發(fā)射信號(hào)機(jī)器之間的距離。由于R

6、SSI算法必須考慮到各種干擾，所以算法比較難。常見(jiàn)的傳播模型有：(1)線性距離路徑損耗模型線性模型是一種非常常見(jiàn)的統(tǒng)計(jì)學(xué)模型，它是建立在假設(shè)室內(nèi)環(huán)境中的路徑損耗和傳輸距離為線性分布，它的表達(dá)式為：Ld=ad+lo該式子中，口為一次的參數(shù)，lo是恒定參數(shù)，L(d)是距離發(fā)射機(jī)端為d的信號(hào)強(qiáng)度。(2)對(duì)數(shù)距離路徑損耗模型室內(nèi)對(duì)數(shù)距離路徑損耗，滿(mǎn)足下列式子: PL(d)=PL(d0)(d)+10log10dd0+X(d)式中，以為參考距離，是由測(cè)量的量決定，一般可取lm；d是發(fā)射機(jī)端和接收機(jī)端之間的距離；是路徑損耗指數(shù)，它依賴(lài)于周邊環(huán)境和建筑物的類(lèi)型，代表路徑損耗兒PL隨著距離增長(zhǎng)的速率；X是標(biāo)準(zhǔn)偏

7、差為的正態(tài)隨機(jī)變量；PL(d0)表示參考距離d0處的功率值，可通過(guò)實(shí)際測(cè)量出。(3)衰減因子模型衰減因子模型考慮了建筑物類(lèi)型的影響以及障礙物引起的變化。衰減因子模型預(yù)測(cè)路徑損耗與實(shí)際測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差比較減少了4dB，而對(duì)數(shù)距離模型的偏差為13dB。所以該衰減因子模型優(yōu)于對(duì)數(shù)距離損耗模型，該衰減因子模型為：式中，表示同層測(cè)試的路徑損耗指數(shù)值(同層即同一建筑的樓層)。如果能獲得較好的同層路徑損耗系數(shù)弦，則可通過(guò)附加樓層衰減因子FAF(Floorattenuation factor)獲得不同樓層路徑損耗。將多樓層影響的指數(shù)代替FAF，則有：室內(nèi)路徑損耗是自由空間損耗加上衰減因子FAF，對(duì)于多層建筑物，

8、衰減因子并隨著距離成指數(shù)增長(zhǎng)。為信道衰減常數(shù)，單位為dBm。給出了的典型信道衰減常數(shù)值。信號(hào)強(qiáng)度法基本原理是通過(guò)待測(cè)點(diǎn)所接收到的信號(hào)強(qiáng)度，對(duì)待測(cè)點(diǎn)與AP之間的距離進(jìn)行估計(jì)。在發(fā)射端的發(fā)射功率一定的條件下，它發(fā)出的信號(hào)在室內(nèi)環(huán)境中的傳播損耗符合一定的規(guī)律，這些規(guī)律可用室內(nèi)傳播模型表示，利用模型可以估算測(cè)端與AP之間的距離。在計(jì)算空間中點(diǎn)的具體位置時(shí)，可采用合適的室內(nèi)傳播模型來(lái)估算待測(cè)點(diǎn)與三個(gè)AP的距離，即采用三邊測(cè)量法進(jìn)行定位。這種定位方式也有自己的缺點(diǎn)，我們學(xué)習(xí)過(guò)通信原理，能引起信號(hào)衰減的因素過(guò)多。所以受到影響的因素過(guò)多，有可能收到少考慮有些因素造成誤差。2. 非參數(shù)化室內(nèi)定位方法：采用的是信

9、號(hào)強(qiáng)度指紋定位方法：信號(hào)強(qiáng)度指紋定位方法是一種基于無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度的定位方法。它的優(yōu)點(diǎn)在于有著較高的定位精度，而且其定位方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，所以在近幾年的無(wú)線室內(nèi)定位方法文獻(xiàn)中，有很多在對(duì)基于信號(hào)強(qiáng)度指紋的定位方法進(jìn)行研究。信號(hào)強(qiáng)度指紋定位方法可分成兩個(gè)階段：校準(zhǔn)階段和定位階段。在校準(zhǔn)階段中，需要采集信號(hào)強(qiáng)度作為指紋庫(kù)。在一個(gè)部署了若干個(gè)無(wú)線信號(hào)發(fā)射點(diǎn)的環(huán)境中設(shè)置足夠多的采集點(diǎn)，在每個(gè)采集點(diǎn)處設(shè)定一定的頻率去采集一組信號(hào)強(qiáng)度數(shù)據(jù)，并通過(guò)這些數(shù)據(jù)估算出每個(gè)采集點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度RSSI；，將這信號(hào)數(shù)據(jù)與采集點(diǎn)的位置信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。在定位階段，待測(cè)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到某一位置時(shí)，也按一定的頻率去采集一組信號(hào)強(qiáng)度數(shù)據(jù)，將這組

10、信號(hào)數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器端，服務(wù)器端將該數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)中的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，從而估算出待測(cè)點(diǎn)現(xiàn)在的位置?；谛盘?hào)強(qiáng)度的指紋定位方法，因?yàn)橛行盘?hào)指紋庫(kù)，與基于模型的定位方法相比有更高的定位精度，但是它也有一些缺點(diǎn)。比如，在一般條件下，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的數(shù)量越多，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的質(zhì)量越好，定位會(huì)更精確。但較多的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)必然帶來(lái)人力工作量的。這種算法類(lèi)似于對(duì)比法，由于有觀測(cè)物體的經(jīng)過(guò)所以該點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度必然發(fā)生改變必然存在一個(gè)變化過(guò)程。對(duì)比指紋庫(kù)，找到發(fā)生變的點(diǎn)RSSI。這是我個(gè)人的理解。這便是出現(xiàn)在可見(jiàn)光定位之前的集中主要技術(shù)?；A(chǔ)知識(shí)積累：關(guān)于可見(jiàn)光通信的文章，因?yàn)榭梢?jiàn)光通信是可見(jiàn)光定位的基礎(chǔ)。我理解到可見(jiàn)光通信出現(xiàn)的

11、背景，隨著多媒體技術(shù)的普及和智能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，人們可以在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)的任何地點(diǎn)登陸到全球信息網(wǎng)，高速的獲取信息。雖然這為人們的生活帶來(lái)了極大的便利，但同時(shí)也對(duì)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸速率與傳輸質(zhì)量提出了更高的要求。而在射頻通信領(lǐng)域，由于信息傳輸需求的驟然增多，使得有限的頻譜資源變得非常緊缺。所以在這樣的背景之下，可見(jiàn)光通信技術(shù)作為傳統(tǒng)射頻通信技術(shù)的有力補(bǔ)充，引起了全球科研人員的廣泛關(guān)注，迅速成為了無(wú)線光通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)?？梢?jiàn)光通信技術(shù)，是利用實(shí)際照明中使用的發(fā)光二極管發(fā)出快速的、人眼無(wú)法察覺(jué)的閃爍信號(hào)來(lái)傳輸信息，實(shí)現(xiàn)通信的。與現(xiàn)在常用的無(wú)線電射頻通信相比，可見(jiàn)光通信綠色環(huán)保，對(duì)人體無(wú)害，無(wú)

12、需頻帶資源，保密性也很高。因此，可見(jiàn)光通信技術(shù)被普遍認(rèn)為擁有較好的科研價(jià)值和應(yīng)用前景。 所有信息都必須有載體才可以傳遞。我在大學(xué)期間主要圍繞無(wú)線電作為載體來(lái)傳遞信息的課程。而可見(jiàn)光通信只不過(guò)是把載體變成了可見(jiàn)光。來(lái)簡(jiǎn)單介紹一下可見(jiàn)光通信系統(tǒng)的基本相關(guān)情況。優(yōu)點(diǎn)：(1) 基于白光LED 通信技術(shù)為綠色通信，與射頻和紅外通信不同，信號(hào)光源的光譜為可見(jiàn)光波段（380-780nm），無(wú)電磁輻射，對(duì)人眼無(wú)害，對(duì)人身安全。(2) 由于紅外和射頻通信時(shí)對(duì)人體有害，紅外和射頻的通信功率受限，但 LED 在通信時(shí)無(wú)任何輻射，即使不限制功率對(duì)人體健康也是沒(méi)有危害的。(3) 白光 LED 通信沒(méi)有電磁干擾，可用于醫(yī)

13、院、飛機(jī)等不適合采用射頻通信的場(chǎng)所，綜上所述，利用白光 LED 通信優(yōu)勢(shì)多多，可考慮在某些通信領(lǐng)域替代射頻通信，比如短途室內(nèi)通信等；在某些通信領(lǐng)域，可見(jiàn)光通信技術(shù)可以與射頻技術(shù)相輔相成，共同使無(wú)線應(yīng)用領(lǐng)域多元化。 可見(jiàn)光通信調(diào)制技術(shù)分類(lèi)與特點(diǎn)可見(jiàn)光通信系統(tǒng)中的調(diào)制方式包括開(kāi)關(guān)鍵控（OOK）、脈沖位置調(diào)制、差分脈沖位置調(diào)制，變脈沖位置調(diào)制，色移鍵控調(diào)制，子載波脈沖位置調(diào)制和正交頻分復(fù)用（OFDM）等。其中 OOK 調(diào)制方式從電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜度來(lái)看有很大的優(yōu)勢(shì)，從頻譜利用的角度和克服多徑效應(yīng)的角度出發(fā)OFDM調(diào)制性能最佳。 國(guó)內(nèi)外研究與發(fā)展現(xiàn)狀可見(jiàn)光通信技術(shù)根據(jù)其應(yīng)用環(huán)境的不同分為室外可見(jiàn)光通信技術(shù)

14、和室內(nèi)可見(jiàn)光通信技術(shù)，其中室外可見(jiàn)光通信技術(shù)由香港大學(xué)的G.Peng教授在1998年提出,主要應(yīng)用于智能交通領(lǐng)域. 室內(nèi)可見(jiàn)光通信技術(shù)則由日本慶應(yīng)義塾（KEIO）大學(xué)的Nakagawa教授在2000年提出，主要應(yīng)用在室內(nèi)無(wú)線接入領(lǐng)域。雖然室內(nèi)可見(jiàn)光通信技術(shù)提出較晚，但屬于可見(jiàn)光通信應(yīng)用的主體，技術(shù)發(fā)展迅速，研究成果也比較多，主要的研究方向包括可見(jiàn)光光源和光敏元件的屬性和布局、可見(jiàn)光通信系統(tǒng)的建模、可見(jiàn)光通信系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)技術(shù)和可見(jiàn)光信系統(tǒng)的編譯碼技術(shù)等。室內(nèi)可見(jiàn)光通信技術(shù)的早期研究都是由日本學(xué)者完成的，主要的成果是對(duì)可見(jiàn)光信系統(tǒng)進(jìn)行建模和研究如何降低碼間干擾（ISI，Inter Symbol

15、Interference）和多徑效應(yīng)對(duì)可見(jiàn)光通信系統(tǒng)性能的影響。國(guó)內(nèi)可見(jiàn)光發(fā)展情況，我國(guó)可見(jiàn)光通信技術(shù)的研究起步較晚.2006年以后才逐漸成為了研究熱點(diǎn),2008年研究成果的在數(shù)量上開(kāi)始爆發(fā)性增長(zhǎng)，但所做的工作大多是基礎(chǔ)理論研究和模擬仿真，創(chuàng)新性科研成果的數(shù)量明顯少于日本和歐美。2006年，西安理工大學(xué)柯熙政教授，杭州電子科技大學(xué)的周洋分別對(duì)可見(jiàn)光通信的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的研究，并介紹了可見(jiàn)光通信技術(shù)的發(fā)展方向。2007年，西安理工大學(xué)的丁德強(qiáng)、柯熙政對(duì)可見(jiàn)光通信系統(tǒng)的光源布局進(jìn)行了設(shè)計(jì)與仿真研究,首先設(shè)計(jì)了室內(nèi)VLC通信模型，然后計(jì)算出了光源布局和VLC通信性能關(guān)系，最后設(shè)計(jì)了四光源最優(yōu)布局

16、方案并通過(guò)實(shí)驗(yàn)予以驗(yàn)證.2008年，暨南大學(xué)于志剛提出了角度分集的光接收技術(shù)，該技術(shù)能有效的降低不同路徑引起的碼間干擾，提高了信噪比。利用他提出的接收器布局模型，可以實(shí)現(xiàn)VLC系統(tǒng)以10Mhz的調(diào)制速率穩(wěn)定地運(yùn)行。同年，江蘇大學(xué)的朱娜、仲啟端、朱江課題組分別對(duì)VLC系統(tǒng)調(diào)制技術(shù)、接收系統(tǒng)和信道模型進(jìn)行了研究，其中朱娜首先比較了OOK、PPM，MPPM等調(diào)制技術(shù)。認(rèn)為MPPM技術(shù)的調(diào)制特性是最佳的；仲啟端則提出了等增益合并方法，利用空間分集和時(shí)間分集接收原理，有效地客服了信道衰落。另外，2008年，吉林大學(xué)的馬俊分析了OOK調(diào)制方式下可見(jiàn)光通信系統(tǒng)的時(shí)延仿真，并比較了OOK和OOK-RZ之間的區(qū)

17、別,仿真結(jié)果表明對(duì)于VLC系統(tǒng)OOK的調(diào)制特性更為理想。2010年，長(zhǎng)春理工大學(xué)的張華提出了自適應(yīng)OFDM方案，解決了信道對(duì)調(diào)制解調(diào)方式的影響，實(shí)驗(yàn)證明這種方案要優(yōu)于傳統(tǒng)的OFDM方案。另外在2010年 5月，在上海世博會(huì)上，中國(guó)科學(xué)院展示了一套VLC系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以同時(shí)接入3個(gè)用戶(hù)，以2Mbps的速度進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通信距離也達(dá)到了2m，從該系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)上來(lái)看，已經(jīng)接近國(guó)際水平。2011年，楊宇等人基于強(qiáng)度調(diào)制及直接檢測(cè)技術(shù)，利用大功率LED照明燈，實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)單項(xiàng)VLC 系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)證明，該系統(tǒng)能在通信速率為90Kbs。同年，江南大學(xué)徐子軒等人對(duì)LED陣列的空間光強(qiáng)分布進(jìn)行建模，并基于此證

18、明了VLC系統(tǒng)接收電路的幅頻特性不隨光強(qiáng)變化而變化。2012年，南京吉林大學(xué)博士學(xué)位論文14航天航空大學(xué)的王俊波等人提出了利用分?jǐn)?shù)間隔均衡技術(shù)來(lái)降低碼間干擾對(duì)VLC 系統(tǒng)性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，T/2分?jǐn)?shù)間隔均衡器在抑制多徑效應(yīng)方面，表現(xiàn)的更為出色。同年，暨南大學(xué)駱宏圖設(shè)計(jì)了基于以太網(wǎng)的LED可見(jiàn)光通信系統(tǒng)，將VLC技術(shù)融入以太網(wǎng)，提供了新的無(wú)線寬帶接入方案，未來(lái)應(yīng)用場(chǎng)景非常廣闊。近幾年，國(guó)內(nèi)大部分學(xué)者的研究領(lǐng)域主要集中在如何提高可見(jiàn)光系統(tǒng)的通信速率，2006年暨南大學(xué)陳長(zhǎng)纓教授等人實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)白光 LED 無(wú)線通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在最大20cm的距離內(nèi)，以10Mhz的傳輸速率進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)

19、傳輸。2010年，暨南大學(xué)陳長(zhǎng)纓課題組基于LED的光源特性、信道模型和通信鏈路的研究，對(duì)原有的可見(jiàn)光通信系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化和改造，首先使用LED陣列代替了單LED光源，其次采用角度分集的光接收技術(shù)對(duì)接收器布局調(diào)整，最后使用6B8B編碼技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，實(shí)驗(yàn)證明改良后的VLC系統(tǒng)在性能上有了大幅提升，實(shí)現(xiàn)了以 4Mbps的速度穩(wěn)定傳輸數(shù)字視頻信號(hào)。2013年，復(fù)旦大學(xué)遲楠教授出版了可見(jiàn)光通信研究的第一本教材，并基于單載波頻域均衡（SC-FDE）技術(shù)實(shí)現(xiàn)了通訊速率 3.75Gb/s 的VLC系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用一個(gè)彩色的LED作為光源，利用 SC-FDE 技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。同年臺(tái)灣工業(yè)技術(shù)研究院等人提

20、出并論證了用一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)字后均衡技術(shù)，來(lái)改善 LED 的可見(jiàn)光通信信道帶寬的限制，以提升VLC系統(tǒng)的傳輸速率。翻譯外文文獻(xiàn)：智能車(chē)輛照明系統(tǒng)在汽車(chē)安全領(lǐng)域的運(yùn)用這篇文章主要講述了可見(jiàn)光在車(chē)輛安全方面起到的重要作用。據(jù)已有的材料已經(jīng)可以確信現(xiàn)有的技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)車(chē)輛與車(chē)輛（V2V）之間的通信以及為車(chē)與車(chē)之提供次米級(jí)別的高精度定位。這兩項(xiàng)技術(shù)將會(huì)為汽車(chē)安全帶來(lái)一個(gè)全新的理念，智能駕駛或者指日可待。盡管，這一天的到來(lái)仍然是未知的但是我們有理由相信這一天應(yīng)該可以在我們的有生之年看到?，F(xiàn)在我們已經(jīng)可以預(yù)想V2V的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。專(zhuān)用短距離通信與定位技術(shù)是完全可以運(yùn)用在商用汽車(chē)產(chǎn)品上的。然而對(duì)于廣大的汽車(chē)使用者以及

21、汽車(chē)消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，目前最為流行的商用級(jí)別的GPS接收機(jī)卻不能提供相應(yīng)的精度，使得許多關(guān)于汽車(chē)安全領(lǐng)域的應(yīng)用只能望洋興嘆沒(méi)有高精度的定位指示這一切包括智能駕駛都只能是空中樓閣。于是在本片論文中我們?cè)O(shè)想可以結(jié)合目前新出現(xiàn)的可見(jiàn)光通訊技術(shù)以及可見(jiàn)光定位技術(shù)來(lái)對(duì)GPS系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)有益的補(bǔ)充與完善使其能達(dá)到要求的精度。我們?yōu)榇颂岢隹尚行缘慕ㄗh使用智能車(chē)輛照明系統(tǒng)運(yùn)用在整個(gè)車(chē)輛安全系統(tǒng)中。在我們的常識(shí)中車(chē)輛的燈光可以提供照明和轉(zhuǎn)向等實(shí)時(shí)信號(hào)給其他車(chē)輛并不具備定位等通信功能。我們得在一個(gè)單一的解決方案中實(shí)現(xiàn)具有可靠性的通信和精準(zhǔn)的定位要求兩個(gè)要求。而且我們所提出的方案必須具有低的復(fù)雜性實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為容易，并且被

22、證明在車(chē)輛密度高或者車(chē)輛所處的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)迅速變化的場(chǎng)景中依然可以穩(wěn)定的工作的系統(tǒng)?；谖覀円呀?jīng)進(jìn)行的分析以及實(shí)際運(yùn)用中已經(jīng)檢驗(yàn)過(guò)的研究成果在這一篇論文中，我們也提出關(guān)于這樣的一個(gè)系統(tǒng)的一些設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。并且最終，我們實(shí)驗(yàn)用的樣機(jī)在整個(gè)評(píng)估過(guò)程中提供的依據(jù)和證據(jù)，證明了我們所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)確實(shí)能夠在具有潛在風(fēng)險(xiǎn)和具有未可知性的真實(shí)世界的場(chǎng)景中為我們的汽車(chē)駕駛者提供提前的預(yù)警提醒和幫助?？梢源蟠蟮亟档徒煌ㄊ鹿拾l(fā)生的概率以及比例。這是我對(duì)于這篇文章總結(jié)。設(shè)計(jì)思路：要實(shí)現(xiàn)車(chē)載可見(jiàn)光定位我從翻譯的論文中間找到了設(shè)計(jì)思路，就是把光電傳感器加裝在車(chē)輛上面如圖。分為2種情況：1.車(chē)與交通燈之間的互相定位技術(shù)：首先車(chē)輛行

23、駛在路上周?chē)沫h(huán)境時(shí)時(shí)刻刻都在變化。從我前面了解的定位方中，我知道了在有固定目標(biāo)是如何定位，有了固定點(diǎn)AP時(shí)定位方法我們完全可以借鑒我所了解的其他的定位方式來(lái)進(jìn)行完善。比如路面上的交通燈，這是一個(gè)固定點(diǎn)AP我們完全可以利用。我們?cè)谇懊鎸W(xué)習(xí)的各種室內(nèi)定位方法中的算法。加以改進(jìn)就可以運(yùn)用到我們的系統(tǒng)中去。重點(diǎn)是車(chē)與車(chē)之間的事實(shí)通信，并且確定位置的辦法。這是一個(gè)難點(diǎn)，也是一個(gè)要利用我重新查找的資料中的辦法來(lái)解決。 首先講講我對(duì)有固定目標(biāo)例如交通燈等，定位方法的理解。結(jié)合自己找的論文，基于TDOA（信號(hào)到達(dá)時(shí)間差）用在這個(gè)路面上有固定光源的例如交通燈的方面。首先我在以前的周記中學(xué)到的很多方法都不行都基

24、本不可行。一個(gè)重要的原因便是路面上的固定點(diǎn)AP沒(méi)有那么多。室內(nèi)的TDOA也得進(jìn)行改進(jìn)才可以運(yùn)用到室外的情況。 TDOA在前面的周記中已經(jīng)講過(guò)，結(jié)合我查看的論文。最終會(huì)得到一個(gè)雙曲線方程組。在室外的情況下，改進(jìn)車(chē)的兩個(gè)前燈為可以發(fā)射光源的功能以外。在車(chē)的前燈位置安裝光電（Photodiode，PD）接收機(jī)使車(chē)的前燈位置區(qū)還具有接受光信號(hào)的能力。這樣才有光信號(hào)定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。PD接收機(jī)同時(shí)接收來(lái)之交通燈的定位信號(hào)，根據(jù)定位信號(hào)到達(dá)兩個(gè) PD接收機(jī)的時(shí)間差（Time Difference of Arrival， TDOA）計(jì)算目標(biāo)車(chē)輛（定義為兩個(gè)PD接收機(jī)的幾何中心）與交通燈的位置關(guān)系。最后根據(jù)

25、可見(jiàn)光通信技術(shù)獲取的交通燈的真實(shí)位置信息（或代表位置坐標(biāo)的 ID信息），換算得出目標(biāo)車(chē)輛的真實(shí)位置信息。這樣是可行的因?yàn)榻煌羰遣粫?huì)自己長(zhǎng)腳跑得，我們可以事先確定好交通燈的位置。這就類(lèi)似于室內(nèi)可見(jiàn)光定位技術(shù)的固定點(diǎn)AP。下面結(jié)合論文講講我的想法，運(yùn)用雙曲線定位原理F1和F2為起始時(shí)刻對(duì)稱(chēng)分布于 X 軸上的兩個(gè)間距為2c的PD接收機(jī)，并以速度v沿Y軸的正方向運(yùn)動(dòng)，F(xiàn)1 和 F2 為 t 時(shí)刻PD接收機(jī)的位置,T 1為發(fā)射定位信號(hào)的交通燈， 那么可以根據(jù)可見(jiàn)光信號(hào)在初始時(shí)刻和t時(shí)刻到達(dá)兩個(gè)PD接收機(jī)的時(shí)間差 t1和t2，確定兩條離心率分別為e1和e2的雙曲線（分別對(duì)應(yīng)圖1中上邊和下邊的雙曲線，豎直

26、虛線為曲率e1雙曲線的左準(zhǔn)線）。x-c2+y2=e1*x-(-a1/e1) (1)x-c2+(y-y)=e2*x-(-a2/e2) (2)其中,y=v´t 為接收機(jī)在時(shí)間間隔 t 內(nèi)的移動(dòng)距離，離心率 e=c/a ,a=C ×t 為雙曲線上任意點(diǎn)到雙曲線兩個(gè)焦點(diǎn)距離差的一半,C =3*108m/s為可見(jiàn)光的傳播速度,t 為可見(jiàn)光信號(hào)到達(dá)兩個(gè) PD接收機(jī)的時(shí)間差。兩條雙曲線的四個(gè)交點(diǎn)T1,T2，T3和T 4 為滿(mǎn)足方程(1)和（2）的四個(gè)解,由于可見(jiàn)光信號(hào)到達(dá)探測(cè)器 F1的時(shí)間小于探測(cè)器F2，那么交通燈應(yīng)位于 x<0 的左半平面內(nèi)，即雙曲線的左半支上， 可以有效去除T2

27、 和T4兩個(gè)假解；而非全向接收的PD接收機(jī)決定交通燈應(yīng)位于接收機(jī)的最大視場(chǎng)角內(nèi)，即 y>0 且 y>y ，可以有效去除假解T3 ，確定交通燈T1在 XY 坐標(biāo)系上的位置坐標(biāo)，以及交通燈T1與PD接收機(jī)的位置關(guān)系。結(jié)合交通燈T1的真實(shí)位置信息 (X，Y) ， 最終可以計(jì)算得出定位目標(biāo) （即坐標(biāo)系原點(diǎn)） 的真實(shí)位置信息 (X-x，Y-y) 。這樣的方式的局限性在于必須要求交通燈與車(chē)輛等高。這就使得有些交通燈就不能發(fā)揮作用。例如西電東門(mén)口的交通燈，太高了。一般的車(chē)輛根本不可能和它等高，這里就出現(xiàn)了一個(gè)新的問(wèn)題需要解決，從我們的生活實(shí)際出發(fā)。我們只見(jiàn)過(guò)比車(chē)高的或者和車(chē)等高的交通燈。沒(méi)有比車(chē)

28、低的信號(hào)燈，那樣的話司機(jī)看不見(jiàn)。就失去了作為交通指示的意義。我們?cè)谶@里主要討論高信號(hào)燈的情況。TDOA單燈定位改進(jìn)方法中,A1和A2為初始時(shí)刻對(duì)稱(chēng)分布于 XYZO 坐標(biāo)系 X 軸上的兩個(gè)接收機(jī)(-c,0,0)和(c,0,0),為簡(jiǎn)化計(jì)算,假設(shè)兩個(gè)接收機(jī)在XOY平面內(nèi)以速度v沿正向運(yùn)動(dòng)，則t時(shí)刻這兩個(gè)接收機(jī)的位置B1和B2為（-c,y,0）和(c,y,0)交通燈 T1在XYZO坐標(biāo)系上的坐標(biāo)為,T1A1A2平面與XOY平面的夾角為1=arctan(xy),T1B1B2平面與 XOY 平面的夾角為2=arctan(z/y-y),沿T1A1A2平面與T1B1B2平面的交線MN將T1B1B2平面旋轉(zhuǎn)=

29、2-1與T1A1A2平面重合,可得接收機(jī)B1和B2的映射點(diǎn)B1和B2 。根據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換理論，映射點(diǎn) B1和B2 在XYZO坐標(biāo)系上的坐標(biāo)（x1', y1', z1'）和(x2', y2', z2')換矩陣T的逆矩陣，當(dāng)交通燈的真實(shí)高度Z與接收機(jī)實(shí)際高度z已知時(shí)，交通燈與兩映射點(diǎn)1和2的距離差。最后轉(zhuǎn)換得出定位目標(biāo) （即 XYZO 坐標(biāo)系原點(diǎn)）的真實(shí)位置 (X x，Y y，Z -z)2.車(chē)與車(chē)之間的相互定位通信：根據(jù)翻譯的得到的思路車(chē)與車(chē)要運(yùn)用相位差定位技術(shù)。.可見(jiàn)光可用于相對(duì)車(chē)輛之間相互的定位。在這種系統(tǒng)中，每個(gè)尾燈或前照燈發(fā)出高頻正弦曲線，車(chē)輛上

30、的不同燈就可以通過(guò)各自的接收器測(cè)量接收的正弦信號(hào)的相位差。每個(gè)燈之間的不同距離信息可以通過(guò)相位差來(lái)計(jì)算。當(dāng)有兩個(gè)或者更多的距離差可以使用時(shí)（即，兩個(gè)車(chē)輛之間建立起來(lái)超過(guò)3個(gè)VLC鏈接），可以在2D平面上用已經(jīng)得到的數(shù)據(jù)列出一組方程求解這些方程組，可以得到相對(duì)位置信息（當(dāng)這個(gè)要求不滿(mǎn)足時(shí)，但至少一條鏈路可用，該系統(tǒng)可以隨時(shí)返回，自由地實(shí)現(xiàn)GPS與VLC的切換。相比于現(xiàn)在車(chē)輛產(chǎn)品使用的測(cè)距傳感器，例如雷達(dá)和激光測(cè)距儀，VLP是更具成本效益，幾十厘米的其誤差的量級(jí)性能足以滿(mǎn)足大多數(shù)安全應(yīng)用。完成了車(chē)與車(chē)輛之間的關(guān)于載波相位差分技術(shù)的定位的思路。在單站無(wú)源定位中，當(dāng)輻射源目標(biāo)和觀測(cè)平臺(tái)之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以利用信號(hào)的到達(dá)方向和相位變化率來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)定位。這種基于相位差變化率的無(wú)源定位技術(shù)與傳統(tǒng)測(cè)向交會(huì)定位技術(shù)相比，增加了相位差變化率觀測(cè)量，解決了測(cè)向交會(huì)需要較大交會(huì)角、定位時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題。對(duì)于車(chē)輛而言，車(chē)輛在行駛的過(guò)程中間車(chē)燈已經(jīng)我們的事先處理車(chē)燈就