中国电子科技集团公司 电子科学研究院, 北京 100043
为了解决室内可见光定位中成像型定位能耗高、非成像型定位设备复杂的问题, 提出一种基于手机环境光传感器的室内可见光定位方法。首先, 利用频率折叠效应和光源标签识别算法, 求解光源发送的信号原始频率。然后通过提前建立好的光源频率-坐标数据库获取光源位置, 即得到设备位置。实验结果表明: 该方法可在低功耗、低计算量的前提下, 实现光源覆盖小区内部的光源识别与设备定位, 定位精度取决于光源密度。
室内可见光定位 频率折叠 双频采样 环境光传感器 手机 indoor visible light location, frequency folding,
Author Affiliations
Abstract
1 School of Optoelectronics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
2 Key Laboratory of Photo-electronic Imaging Technology and System (Beijing Institute of Technology), Ministry of Education of China, Beijing 100081, China
Visible light positioning becomes popular recently. However, its performance is degraded by the indoor diffuse optical channel. An artificial neural-network-based visible light positioning algorithm is proposed in this Letter, and a trained neural network is used to achieve positioning with a diffuse channel. Simulations are made to evaluate the proposed positioning algorithm. Results show that the average positioning error is reduced about 13 times, and the positioning time is reduced about two magnitudes. Moreover, the proposed algorithm is robust with a different field-of-view of the receiver and the reflectivity of the wall, which is suitable for various positioning applications.
060.4510 Optical communications 200.4260 Neural networks 230.3670 Light-emitting diodes Chinese Optics Letters
2017, 15(5): 050601
Author Affiliations
Abstract
1 School of Optoelectronics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
2 Key Laboratory of Photo-electronic Imaging Technology and System, Ministry of Education of China, Beijing 100081, China
Indoor visible light positioning becomes attractive due to the increasing demands of location-based services. This Letter proposes an indoor imaging visible light positioning scheme with a sampled sparse light source, image sensor, and gyro. An indoor positioning cellular with a single reference light source and an off-the-shelf mobile device is demonstrated. Experimental results show that the 3-dimensional positioning error is only several centimeters even with a rotated, rolled, and pitched mobile device. The proposed scheme is convenient and cost effective because the transmitter takes advantage of the existing lighting infrastructure and the receiver is a commercial mobile phone without any extra accessories.
060.4510 Optical communications 230.3670 Light-emitting diodes Chinese Optics Letters
2016, 14(9): 090602
北京理工大学光电学院 光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
对可见光通信(VLC)中高速可调光调制方法进行了研究。提出了高速可变脉冲调制(HVPM), 并与色移键控(CSK)调制混合用于VLC中, 以简化CSK调制的严格同步问题, 且支持精确调光。对混合调制方法的带宽利用率和误比特率进行了分析与仿真。结果表明:混合调制方法可使通信带宽利用率高于1; 相比于可变开关键控(VOOK)、可变脉冲位置调制(VPPM)和多脉冲位置调制(MPPM)等典型可调光调制方式, 所提出的混合调制方式具有更优的带宽利用率和高速低误比特率传输性能; 在满足可见光通信照明要求时, 该混合调制方法更适用于高速数据传输。
可见光通信 色移键控 高速可变脉冲调制 调光 visible light communication color shift keying high-speed variable pulse modulation dimming
北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
由于少有多基色的白光 LED, 传统波分复用 (Wavelength Division Multiplexing, WDM)可见光通信 (Visible Light Communication, VLC)系统仅拥有 R、G、B三个通道。针对 VLC中 WDM技术的应用受到白光 LED器件限制的问题, 本文提出了一种多光谱混光通信方法。该方法根据 LED光源颜色特性、多脉冲位置调制特点和混光方式, 设计出针对各通道 LED光源的多脉冲位置调光调制方案, 将色域和时域统一, 在多通道通信的同时实现白光输出。本文利用 4种单色 LED设计出多光谱混光通信验证系统。实验结果表明, 系统在 4路并行通信的同时, 输出白光色温 5 500 K, 色差小于人眼分辨范围 (CIE1976色坐标体系 Δu′v′小于 0.005), 多光谱混光通信是可行的。
光通信 可见光通信 多光谱混白光 波分复用技术 多脉冲位置调制 optical communications visible light communication multispectral mixed white light wavelength division multiplexing (WDM) technology multi-pulse position modulation (MPPM)
北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
针对多光谱照明通信要求,提出了一种新型大视场高增益光学天线.天线采用前组三片式负组透镜、后组四片式正组透镜组合的反远距天线结构,通过理论计算、Zemax 设计优化,设计出视场角(FOV)90°、增益115 的大视场高增益前置接收光学天线,同时具有较小的体积.该光学天线与色散分光系统联合仿真表明,该天线可实现视场角90°×22°、增益20,适用于多光谱照明通信.同时设计出的前置光学接收天线也可独立作为大视场成像光学系统、成像光谱仪前置物镜系统等,具有广泛的适应性.
光通信 多光谱照明通信 接收光学天线 大视场 高增益 激光与光电子学进展
2015, 52(4): 040603
北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
通过柱面反射镜调整光谱仪子午面与弧矢面光焦度，有效地校正了系统的像散。同时分析了Czerny-Turner结构成像光谱仪的球差、彗差及校正方法，通过控制系统F数校正球差，通过控制准直镜与聚焦镜的离轴角达到校正彗差的目的。利用基于蒙特卡罗方法的成像光谱仪的公差分析方法，设计了一套成像光谱仪样机，样机的工作波段为200～700 nm，在紫外波段和可见光宽波段范围内均实现了像差的校正，狭缝方向上空间分辨率达到320 pixel，光谱仪的焦距f′=100 mm，F数为5.2，全波段光谱分辨力优于2 nm。
光学设计 成像光谱仪 公差分析 波长定标
中国科学院 上海微系统与信息技术研究所 无线传感网与通信重点实验室,上海 200050
针对无线传感网负载均衡问题并考虑在数据收集流量模式下节点的负载与距离数据收集节点Sink的跳数相关的特点,提出了一种基于梯度的非均匀分簇算法。通过构建符合实际流量模式的分簇拓扑结构,寻求网络的负载均衡,在一定程度上缓解近Sink的网络拥塞(“热区”)问题。分析此种数据汇集模式的数据流量特性,给出了节点至Sink跳数(梯度)与其负载流量的关系;从不同梯度的簇头负载与相同梯度的负载两方面着手,设计了负载平衡的非均匀分簇调整算法(WUC),依据节点自身的梯度确定分簇的规模,以多权值优化的方式成簇。仿真结果表明,网络中不同梯度的簇头流量负载标准差降低了9倍左右,网络的负载平衡有了显著的改善。
无线传感网 负载平衡 梯度 分簇 wireless sensor network load balancing grade clustering
1 中国科学技术大学 近代物理系,安徽 合肥 230026
2 中国科学院 上海微系统与信息技术研究所,上海 200050
考虑固定传感器网络中固定与移动汇聚节点共存的工作模式,提出了一种数据收集方法。在兼容网络原有固定汇聚节点模式的同时,支持一个到多个移动汇聚节点,移动汇聚节点定期地向其附近小范围内的传感器节点扩散自己的存在信息,传感器节点向离自己跳数最小的汇聚节点发送或者转发数据包。距离移动汇聚节点一跳的传感器节点通过应答-超时重传的方法来保证到移动汇聚节点的数据可靠传输。仿真研究表明:相对于传统固定传感器网络,使用该方法能够大幅度地延长网络寿命(正常流量情况下延长600%以上,大流量情况下延长350%以上);在网络高负载时最高数据传输成功率能达到91%,比节点全静止时提高了8.3倍,最低数据传输延迟仅为46.5 ms,比节点全静止时减小了92%。
无线传感器网络 移动汇聚节点 混合汇聚节点 数据收集 wireless sensor network mobile sink hybrid sink data collection
中国科学院,上海微系统与信息技术研究所,无线传感器网络与通信重点实验室,上海,200050
针对三种典型传感网的野外布设环境,对地表低空收发天线的路径损耗特性进行了现场实验测定,并对测试结果进行了线性拟合分析和建模.测试和拟合结果表明,地表无线信道与传统蜂窝无线信道模型存在较大差别,但仍可采用单折线或双折线模型进行表征,同时得出了一些有助于研究和设计无线传感网的信道传播特性和规律.所得的分析结果有助于深入研究野外地表无线传感网络,提高其仿真实际有效性.
无线传感网 信道传播模型 低空地表传播 计算机仿真
