馮立輝 北京理工大學光電學院副教授、博士生導師，主要研究方向為定位與導航、光電信號處理、微納傳感等。主持或參與了包括國家“863”計劃、國家自然科學基金、前沿科技創新計劃等課題30餘項，在慣性傳感領域的合 作研究成果得到了廣泛應用。在國際、國內期刊及會議上合 作發表論文90餘篇，獲授 權國家發明專利18項，合 作出版譯著1部。 江明，博士，中山大學“百人計劃”教授、博士生導師，物聯網芯片與繫統技術國家地方聯合工程實驗室副主任、IEEE高 級會員、廣東省通信技術高 級工程師、廣東省“海外高層次留學人纔”、廣州市首 批“創新創業領軍人纔百人計劃”入選者。博士畢業於英國南安普頓大學電子與電氣工程專業，有多年海外經歷及全球500強通信外企經驗，歷任三星電子（英國）工程師、北電網絡廣東分公司經理與技術主管、新郵通信集團研究院副院長兼繫統與標準部總監等職務。主要研究方向為現代移動通信技術，熟悉4G/5G繫統、產品架構及標準，曾主導或主要參與了歐盟FP6/FP7、英國MVCE、國家重點研發計劃、國家自然科學基金、廣東省重點領域研發計劃等項目。參與編著由美國Wiley/IEEE出版的專業著作5部，發表知名國際期刊與會議論文60餘篇，申請國內外發明專利80餘項，提交3GPP國際標準提案400餘篇等。 韓大海 博士，北京郵電大學國家重點實驗室博士生導師，物聯網與傳感器網絡工業應用領域專家，移動互聯網及智能制造信息化領域專家。近3年，承擔了國家“863”計劃“新一代高可信網絡”重大項目課題“新一代光網絡標準、測試和組網應用研究”子課題；作為負責人和主研人（排名第 二）完成了4項國家自然科學基金項目，結題成績為“優”；作為主研人參與完成國家“973”課題1項、國家“863”計劃課題4項、軍口“863”項目5項。已申請發明專利4項，實用新型2項，參與完成ITU-T標準文稿2篇，出版專著3本，獨立或合 作發表論文SCI檢索10餘篇、EI檢索20餘篇。 楊愛英，北京理工大學光電學院教授、博士生導師。長期在光信息科學技術領域從事教學和科研工作，主要研究方向為光通信、室內定位與導航、人工智能。主持和參與多項國 家級項目，包括國家“863”計劃、國家自然科學基金項目等。共發表論文100餘篇，多次應邀在國際會議上做報告，獲授 權國家發明專利20餘項。指導的博士生、碩士生先後多次獲得國家獎學金以及優 秀畢業生稱號。 張民 北京郵電大學教授、博士生導師、光電信息學院副院長、信息光子學與光通信國家重點實驗室副主任。主要從事光通信繫統與網絡的科研和教學工作，先後承擔了國 家級科研項目10餘項，牽頭建設了國 家級雙語教學示範課程Electronic Systems。發表SCI論文100餘篇，發明專利授 權40餘項，在學術會議上做特邀報告10餘次。先後獲得*新世紀優 秀人纔、北京市科技新星、北京市師德先鋒、霍英東基金高校青年教師獎，並獲得*、中國通信學會等科技進步獎10餘項。

第1章 可見光室內定位技術概述 001

1.1室內定位技術的發展現狀002

1.1.1室內定位技術的特點和技術指標003

1.1.2常見的室內定位技術007

1.2可見光室內定位技術的研究現狀010

1.2.1可見光通信技術的發展現狀011

1.2.2可見光室內定位的優點014

1.2.3可見光室內定位技術的分類與研究現狀014

1.3可見光室內定位技術的應用前景019

1.4本章小結022

參考文獻023

第2章基於光電器件的可見光室內定位技術031

2.1基於RSS的異步CDMA-nVLP繫統032

2.1.1OCDMA碼032

2.1.2基於RSS的異步CDMA-VLP繫統036

2.1.3基於RSS的非線性估計定位037

2.2基於頻分復用和FSOOK調制的異步nVLP繫統040

2.2.1FDM VLP繫統原型040

2.2.2偽密勒編碼和窗口過采樣機制041

2.2.3偽雙相編碼和窗口過采樣機制046

2.2.4基於戈澤爾算法的LED-ID和幅度譜聯合檢測048

2.2.5基於窗口幅度譜的加權質心定位算法056

2.2.6繫統平臺搭建與實驗測試064

2.3基於多PD孔徑接收機的RSS/AOA定位繫統067

2.3.1多PD孔徑接收機可見光定位模型067

2.3.2多PD孔徑接收機VLP繫統在LOS信道下的性能分析070

2.3.3新型SAQD孔徑接收機結構及其性能076

2.4基於不同朗伯輻射波瓣模數的雙LED可見光定位繫統080

2.4.1繫統模型081

2.4.2理論界分析和數值分析086

2.4.3DM-LED-VLP繫統的定位算法設計093

2.4.4仿真結果及分析095

2.5基於PD定位的誤差分析及差分檢測101

2.5.1光源發光功率波動引起的定位誤差分析102

2.5.2基於雙探測器的差分定位算法105

2.5.3實驗結果分析108

2.6基於機器學習的可見光室內定位算法109

2.6.1定位繫統設計110

2.6.2實驗結果分析114

2.7本章小結116

參考文獻117

第3章可見光成像定位技術121

3.1基於CMOS圖像傳感器的條紋成像LED-ID信息傳輸技術122

3.1.1FSOOK頻率檢測算法123

3.1.2偽密勒編碼輔助的LED-ID多幀圖像傳輸技術144

3.1.3基於空時復用的LED-ID多幀圖像傳輸技術151

3.2基於磨砂圖形碼的平板燈LED-ID信息傳輸技術154

3.2.1繫統基本原理154

3.2.2圖像采集與磨砂條形碼目標區域的提取156

3.2.3條形碼圖像傾斜校正162

3.2.4圖像優化、識別與譯碼167

3.3基於色溫調制的LED陣列成像定位繫統174

3.3.1RGB三基色LED色溫調制原理174

3.3.2基於LED陣列和圖像色溫識別的LED-ID信息傳輸技術176

3.4基於攝影測量法的成像精準定位技術182

3.4.1攝影測量法的基本原理183

3.4.2可見光成像定位方法介紹187

3.5結合同色異譜光源的光源識別與成像型可見光定位190

3.5.1可見光定位繫統對照明的要求及同色異譜原理分析190

3.5.2同色異譜光源識別原理192

3.5.3定位算法原理分析與定位流程193

3.5.4定位繫統設計及實驗197

3.6本章小結205

參考文獻206

第4章可見光定位繫統中的光學天線設計211

4.1國內外VLC光學天線設計研究現狀212

4.1.1發射天線212

4.1.2接收天線214

4.2RSS-nVLP繫統的光學特性217

4.3基於自由曲面的光學天線設計218

4.3.1光學天線設計流程218

4.3.2光學天線設計理論219

4.3.3自由曲面透鏡設計方法220

4.3.4基於線性照明模式的RSS定位算法223

4.3.5基於自由曲面光發射天線的可見光定位繫統照明和定位分析224

4.4本章小結228

參考文獻229

第5章可見光與慣性傳感器融合定位技術231

5.1傳感器輔助定位技術與融合定位簡介232

5.1.1室內融合定位技術簡介232

5.1.2慣性傳感器輔助定位技術與融合定位簡介233

5.2基於姿態傳感器的VLP聯合定位技術235

5.2.1姿態傳感器和PD-VLP聯合定位技術235

5.2.2姿態傳感器和圖像傳感器的iVLP聯合定位技術237

5.3基於慣性傳感器的PDR-VLP聯合定位技術240

5.4可見光與慣性導航融合定位算法241

5.4.1基於擴展卡爾曼濾波的融合定位241

5.4.2基於無跡卡爾曼濾波的融合定位248

5.4.3基於粒子濾波的融合定位251

5.4.4幾種融合定位算法比較256

5.5本章小結257

參考文獻257

第6章基於視覺的可見光通信與定位技術261

6.1基於可見光的相機通信262

6.1.1OCC技術特點與基本原理262

6.1.2圖像傳感器的結構及工作原理264

6.1.3OCC繫統調制方式265

6.1.4提高OCC通信速率的方式268

6.1.5OCC應用場景271

6.2可見光屏幕通信技術272

6.2.1可見光屏幕通信的基本原理273

6.2.2可見光屏幕通信的特點與意義277

6.3移動中智能終端的可見光室內定位278

6.3.1圖像處理和機器學習在可見光室內定位中的應用278

6.3.2基於接收信號強度測距的可見光室內定位繫統280

6.3.3基於接收信號特征測距的可見光室內定位繫統288

6.4基於視覺感知的可見光室內定位290

6.4.1編解碼原理與方式290

6.4.2圖像校正294

6.4.3距離計算300

6.4.4方向計算304

6.5本章小結305

參考文獻305

中英文對照表311

名詞索引315