【摘要】：隨著我國公路建設(shè)步伐的進(jìn)一步加快,特別是山區(qū)高速公路的發(fā)展,其催生的隧道數(shù)量急劇增長。由于隧道具有內(nèi)部空間狹小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、封閉性強等特點,導(dǎo)致GPS系統(tǒng)在隧道內(nèi)部失去定位功能,給汽車的安全、平穩(wěn)行駛航帶來了一定的阻礙。因此需要一種不依靠GPS信號來實現(xiàn)隧道車輛定位的新技術(shù)。在現(xiàn)有的以Wi-Fi、藍(lán)牙、ZigBee為代表的等其他短距離無線定位技術(shù)精度較低、無線頻譜資源消耗嚴(yán)重、工程實施成本高、系統(tǒng)布局復(fù)雜的背景下,可見光定位技術(shù)作為可見光通信技術(shù)主要應(yīng)用之一,其充分利用現(xiàn)有照明設(shè)施的同時,還可以獲取較高的定位精度。本課題以實驗室項目為依托,主要從隧道可見光通信信道特性研究、通信節(jié)點設(shè)計、定位算法三個方面對基于可見光通信的隧道車輛定位系統(tǒng)進(jìn)行研究。首先,從LED的特性入手,分別對LED的發(fā)光原理、電氣及光學(xué)特性和發(fā)光輻射模型進(jìn)行詳細(xì)的闡述。結(jié)合隧道的實際環(huán)境分析了可見光通信鏈路,并利用Matlab對光源布局進(jìn)行設(shè)計仿真,使其光照區(qū)域平均亮度達(dá)到系統(tǒng)的照明和通信需求。然后,根據(jù)系統(tǒng)需求設(shè)計了錨節(jié)點和移動采集節(jié)點硬件電路的設(shè)計,錨節(jié)點可實現(xiàn)在不影響正常照明的前提下可將數(shù)據(jù)信息以光的形式發(fā)送出去;移動采集節(jié)點實現(xiàn)對光信號的采集并通過放大得到RSS信號和通過整形還原出數(shù)據(jù)信息。同時,基于FPGA開發(fā)模塊實現(xiàn)了系統(tǒng)的通信,控制單元軟件的設(shè)計。最后,提出并實現(xiàn)了基于三邊定位的可見光定位算法的設(shè)計。在離線建模階段對接收到的RSS信號進(jìn)行擬合得出“RSS-距離”經(jīng)驗公式;在線定位階段首先經(jīng)過評估篩選出3組RSS數(shù)據(jù),然后結(jié)合“RSS-距離”經(jīng)驗公式和采用最大似然估計的三邊定位算法得出最終定位結(jié)果。
[Abstract]:With the speeding up of highway construction in our country, especially the development of highway in mountain area, the number of tunnels is increasing rapidly. Because the tunnel has the characteristics of narrow internal space, complex structure and strong sealing, the GPS system has lost its positioning function in the tunnel interior, which has brought some obstacles to the safety and smooth navigation of the automobile. Therefore, we need a new technology that does not rely on GPS signal to realize vehicle positioning in tunnel. In the existing Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee and other short-range wireless positioning technology, such as low precision, serious consumption of wireless spectrum resources, high cost of implementation of the project, and the complex layout of the system, As one of the main applications of visible light communication technology, visible light positioning technology can make full use of the existing lighting facilities, and it can also obtain high positioning accuracy. Based on the laboratory project, this paper mainly studies the tunnel vehicle positioning system based on visible light communication from three aspects: the characteristic research of tunnel visible light communication channel, the design of communication node, and the positioning algorithm. Firstly, based on the characteristics of LED, the luminescence principle, electrical and optical characteristics and emission model of LED are described in detail. According to the actual environment of the tunnel, the visible light communication link is analyzed, and the layout of the light source is designed and simulated by using Matlab, so that the average luminance of the illumination area can meet the lighting and communication requirements of the system. Then, according to the requirements of the system, the hardware circuits of anchor node and mobile acquisition node are designed. The anchor node can transmit the data information in the form of light without affecting the normal lighting. The mobile acquisition node acquires the optical signal, amplifies the RSS signal and restores the data information by shaping. At the same time, the communication of the system and the design of the control unit software are realized based on the FPGA module. Finally, the design of visible light location algorithm based on trilateral localization is proposed and implemented. The "RSS- distance" empirical formula is obtained by fitting the received RSS signal in the off-line modeling phase. In the stage of on-line localization, three groups of RSS data are selected by evaluation, then the final localization results are obtained by combining the empirical formula of "RSS- distance" and the trilateral localization algorithm based on maximum likelihood estimation.
【學(xué)位授予單位】：江蘇理工學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN929.1;U495

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本文編號：2457083