Centimeter-Level 3-D Mobile Online Visible Light Positioning System With Single LED Lamp

计算机科学 RSS 序列二次规划 杠杆(统计) 定位系统 方向(向量空间) 测距 实时计算 室内定位系统 探测器 最优化问题 二次规划 人工智能 算法 数学优化 电信 数学 点(几何) 加速度计 操作系统 几何学
作者
Shuai Ma,Bing Li,Guanjie Zhang,Hang Li,Chen Qiu,Chuang Yu,Shiyin Li,Chao Shen
出处
期刊:IEEE Internet of Things Journal [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:11 (1): 418-429
标识
DOI:10.1109/jiot.2023.3285556
摘要

In this paper, we consider a practical indoor 3D mobile online visible light positioning (VLP) system, where the orientation of the UE is arbitrary. Based on the received signal strength (RSS) of multiple photo-detectors (PDs), we formulate the 3D VLP problem as a non-linear least squares (NLS) optimization problem, and then propose a sequential quadratic programming (SQP) positioning algorithm to efficiently calculate UE’s location. To obtain more accurate positioning solutions, we further leverage the advantages of deep learning and develop a stochastic gradient descent (SGD) based VLP algorithm, and achieve an average positioning error of 1.77cm, which significantly outperforms existing RSS VLP localization methods. Moreover, we design a 3D mobile online VLP system prototype by using a portable RaspberryPi 4 Model B as the positioning signal processor and data memory, and establish the first publicly available 3D VLP measured dataset including both RSS and orientation. The proposed positioning schemes are implemented and evaluated via the designed prototype system, which can achieve centimeter-level positioning accuracy (below 1 cm in certain condition).

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