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随着“中国制造2025”计划的持续推进和物联网技术的快速发展,融合信息技术和智能制造的智能服务机器人也越来越受到关注。同时,机器人在进行路径规划、导航避障和指令传达等任务时都需要与室内环境进行信息交互,因此,构建室内定位系统,提供智能设备位置信息,协助其完成自动化任务,已经成为室内服务系统智能化和个性化的研究热点。因为房屋墙壁等对无线电信号的阻隔,室外常用的全球定位系统(GPS)应用在室内环境时会出现误差较大、信息丢失等问题。为此,研究人员提出无线电定位和可见光通信(VLC)的两种室内定位方案:无线电定位是在室内布置WiFi、蓝牙等信号发射端,在接收端检测无线信号的特征参数,但其可用频带较窄,电磁干扰大,限制了其应用场景;可见光通信是赋值发光二极管(LED)光源编码信号,在接收端获取光标识码(ID)和光功率信息,分析位置坐标的方案。因为基于VLC技术具有数据带宽大、高速率、绿色环保、抗电磁干扰强等特点,所以基于VLC的室内定位方案已经成为高精度高可靠性室内定位研究的主要方向之一。基于VLC的室内定位方案需要解决LED光源ID编码和定位算法优化两个问题,为此,本文提出了频分多址技术(FDMA)和码分多址(CDMA)两种光ID编码方案,优化了三边定位算法和位置指纹算法两种常用的室内定位算法,并基于上述方案设计和搭建了一套VLC的室内定位实验系统进行测试,本文主要的研究内容如下:(1)首先介绍了课题的研究背景,说明智能服务机器人在室内环境的定位需求;其次描述了室内定位方案的国内外研究现状;然后引入可见光通信的概念,分析基于VLC的室内定位方案的原理和特征;最后说明了本论文的主要内容和创新点。(2)详细介绍了 LED光源的空间分布模型,分析了可见光通信中频分多址(FDMA)和码分多址(CDMA)两种光ID编码方案的原理:频分多址方案将LED的闪烁频率作为光ID传输,在接收端通过傅里叶变换分离混合光信号还原出光ID;码分多址方案将LED ID的源码与Walsh码卷积形成扩频码来避免码间干扰,在接收端将检测的混合光信号与解扩码卷积还原出ID源码。(3)描述了基于K-means聚类的三边定位算法和基于修正权重的位置指纹算法。针对三边定位算法低效问题,对参考点进行多组数据采样,通过K均值(K-means)划分簇,迭代多次优化定位点。同时,为了提升位置指纹算法精度,我们在指纹向量前加入修正权重,对定位较高的指纹向量加大权重,完善指纹数据库的定位效果。(4)设计了可见光通信实验平台,介绍了发射端光ID模块和算法分析模块的设计原理,详细说明了频分多址和码分多址两种方案的实验步骤和设计方案,综合理论和实验发现:FDMA方案的的定位精度是12±8cm,CDMA方案的定位精度是8±6cm,两种方案都达到高精度室内定位的需求,证明了方案的可行性。最后本文对室内环境进行改造,构建基于VLC室内定位系统。在智能服务机器人上搭载光信号接收模块,实现机器人与定位系统的智能交互。在VLC系统的指引下,机器人可以获取自身坐标,完成攀爬、避障、派件等智能化任务。实验结果证明本文系统方案的具有很大的市场应用推广价值。