用于可见光无线技术改进粒子群优化组合波束拟合方法技术

本发明专利技术涉及一种可见光无线通信技术领域，是一种用于可见光无线技术改进粒子群优化组合波束拟合方法，包括：获得非朗伯商用固态光源的实测数据；构建初始的非朗伯商用固态光源波束模型；根据初始的非朗伯商用固态光源波束模型获得粒子群，利用粒子群优化算法对粒子群进行优化，输出最优解；确定拟合后的非朗伯商用固态光源波束模型。本发明专利技术将粒子群优化算法引入到可见光无线技术商用光源组合波束优化拟合的实用化设计中，利用粒子群优化算法对初始的非朗伯商用固态光源波束模型的多个基础函数中各关联系数进行启发式搜索优化，充分发挥粒子群优化算法搜索结果全局最优性强的优点，避免了其他优化算法过早收敛，使得陷入局部最优的局限性的问题。

【技术实现步骤摘要】
用于可见光无线技术改进粒子群优化组合波束拟合方法
本专利技术涉及一种可见光无线通信
，是一种用于可见光无线技术改进粒子群优化组合波束拟合方法。
技术介绍
随着可见光无线技术的发展不断走向深入，技术人员在设计、分析基于商用光源的可见光无线系统时，经常需要面对远比朗伯波束更为复杂的组合波束配置。此类固态光源波束定制特点突出，空间特性多样，建模复杂度高，不同波束光源可以组合构成具有混合波束的固态光源阵列。固态光源阵列定制时，照明灯具厂商通常需要借助波束图样的二次配光设计。典型的二次配光设计方法包括在初始的固态光源上加装反射杯、自由曲面透镜等二次配光元件。一般来说，经过厂商二次配光的固态光源能够将大部分光功率投射到预设的照明区域，具体的照明区域几何形状可以是圆形、椭圆型、甚至是近似矩形。为保证照明覆盖的一致性，通常需要照明区域内不同位置光照水平满足基本相近；另一方面，在预设照明区域之外的区域，特别是临近的区域则要求光照水平急剧地降低，以避免光照覆盖的浪费及潜在的光污染。为满足上述照明工程目标，经过上述定制化二次配光的固态光源通常具备复杂组合光波束图样特性，这是传统朗伯波束图样所难以比拟的。故而要要在满足可见光无线技术的基础性需求，完成商用固态光源组合波束的优化拟合，但目前没有有效方法完成非朗伯商用固态光源拟合。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于可见光无线技术改进粒子群优化组合波束拟合方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决不能对非朗伯商用固态光源进行有效拟合的问题。本专利技术的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种用于可见光无线技术改进粒子群优化组合波束拟合方法，包括：获得非朗伯商用固态光源的实测数据，实测数据包括将非朗伯商用固态光源在不同空间方位的辐射强度在三维空间中逐点测试，产生的实际测量值；构建初始的非朗伯商用固态光源波束模型；根据初始的非朗伯商用固态光源波束模型获得粒子群，利用粒子群优化算法对粒子群进行优化，输出最优解，其中，粒子群包括若干粒子，粒子为利用非朗伯商用固态光源的实测数据，得到的波束多个函数的关联系数所对应的一维矢量；根据最优解确定拟合后的非朗伯商用固态光源波束模型。下面是对上述专利技术技术方案的进一步优化或/和改进：上述初始的非朗伯商用固态光源波束模型包括：初始的非朗伯商用固态光源波束模型，若其波束为圆周对称，则如下所示：其中，θ为光波束出射方向的俯仰角；N1和N2分别为初始设定中所引入的余弦功率函数和高斯功率函数的个数；A1i、A2i、A3i分别为第i个余弦功率函数的幅度系数、相位偏移系数和功率系数；B1j、B2j、B3j分别为第j个高斯功率函数的幅度系数、相位偏移系数和相位归一化系数；C是高斯功率函数内的指数衰减常数；初始的非朗伯商用固态光源波束模型，若其波束为非圆周对称且波束边缘平滑型，则如下所示：其中，θ为光波束出射方向的俯仰角，φ为光波束出射方向的方位角；N1和N2分别为初始设定中所引入的余弦功率函数和高斯功率函数的个数；A1i、A2i、A3i分别为第i个余弦功率函数的幅度系数、相位偏移系数和功率系数；B1j、B2j、B3j、B4j分别为第j个高斯功率函数的幅度系数、相位偏移系数、余弦归一化系数和正弦归一化系数；C是高斯功率函数内的指数衰减常数；初始的非朗伯商用固态光源波束模型，若其波束为非圆周对称且波束边缘锐利型，则如下所示：其中，θ为光波束出射方向的俯仰角，φ为光波束出射方向的方位角；Gi(θ)为Gi(θ)＝gi1-gi2exp[-gi3(|θ|-gi4)2]；阶跃函数Ui为系数函数gi5(φ)为峰值角度函数θip(φ)为上述根据初始的非朗伯商用固态光源波束模型获得粒子群，利用粒子群优化算法对粒子群进行优化，输出最优解，包括：根据初始的非朗伯商用固态光源波束模型构造粒子群，其中，粒子群包括若干粒子，粒子为利用非朗伯商用固态光源的实测数据得到的波束多个函数的关联系数所对应的一维矢量；构造权重因子、学习因子和造价函数；根据权重因子、学习因子和造价函数，对粒子群执行启发式搜索；设定搜索终止条件组，利用搜索终止条件组判断是否终止搜索，响应于满足搜索终止条件组中任意一个搜索终止条件，则终止搜索，输出最优解。上述搜索终止条件组，包括：粒子群的搜索次数等于预设的最大迭代次数；搜索获得粒子群中最优粒子个体的造价函数大于预设的门限值；临近几代粒子群中最优粒子个体的造价函数的绝对差异度小于预设的偏差设定。上述造价函数，包括：计算拟合的非朗伯商用固态光源波束模型在各个已测空间方向的波束强度与实测数据中所对应的波束强度之间的偏差，对各个偏差的绝对值累积求和；对实测数据中各个波束强度进行累计求和；计算各个偏差的绝对值累积求和结果与实测数据累计求和结果之间的绝对差值；计算绝对差值与非朗伯LED波束模型的实测数据累计求和之间的相对比值。本专利技术的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种用于可见光无线技术改进粒子群优化组合波束拟合装置，包括：导入单元，获得非朗伯商用固态光源的实测数据，实测数据包括将非朗伯商用固态光源在不同空间方位的辐射强度在三维空间中逐点测试，产生的实际测量值；模型构建单元，构建初始的非朗伯商用固态光源波束模型；粒子群优化计算单元，根据初始的非朗伯商用固态光源波束模型获得粒子群，利用粒子群优化算法对粒子群进行优化，输出最优解，其中，粒子群包括若干粒子，粒子为利用非朗伯商用固态光源的实测数据，得到的波束多个函数的关联系数所对应的一维矢量；确定单元，根据最优解确定拟合后的非朗伯商用固态光源波束模型。本专利技术将粒子群优化算法引入到可见光无线技术商用光源组合波束优化拟合的实用化设计中，利用粒子群优化算法对初始的非朗伯商用固态光源波束模型的多个基础函数中各关联系数进行启发式搜索优化，充分发挥粒子群优化算法搜索结果全局最优性强的优点，避免了其他优化算法过早收敛，使得陷入局部最优的局限性的问题。本专利技术实施例通过构建初始的非朗伯商用固态光源波束模型，根据初始的非朗伯商用固态光源波束模型获得粒子群，利用粒子群优化算法对粒子群进行优化，输出最优解，实现非朗伯商用固态光源波束模型的拟合，整个拟合过程没有许多参数的调节，且逼近最优解的速度块，能有效的对系统的参数进行优化，满足关联函数的优化过程。同时能应用于基于非朗伯商用固态光源的可见光通信应用场景、基于非朗伯商用固态光源的可见光定位应用场景等多种应用场景。附图说明附图1为本专利技术实施例的方法流程图。附图2为本专利技术实施例二维空间的拟合效果示意图。附图3为本专利技术实施例三维空间的拟合效果示意图。附图4为本专利技术实施例中粒子群优化的方法流程图。附图5为本专利技术实施例中构造粒子群的方法流程图。附图6为本专利技术实施例中启发式搜索的方法流程图。...

【技术保护点】
1.一种用于可见光无线技术改进粒子群优化组合波束拟合方法，其特征在于，包括：/n获得非朗伯商用固态光源的实测数据，实测数据包括将非朗伯商用固态光源在不同空间方位的辐射强度在三维空间中逐点测试，产生的实际测量值；/n构建初始的非朗伯商用固态光源波束模型；/n根据初始的非朗伯商用固态光源波束模型获得粒子群，利用粒子群优化算法对粒子群进行优化，输出最优解，其中，粒子群包括若干粒子，粒子为利用非朗伯商用固态光源的实测数据，得到的波束多个函数的关联系数所对应的一维矢量；/n根据最优解确定拟合后的非朗伯商用固态光源波束模型。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于可见光无线技术改进粒子群优化组合波束拟合方法，其特征在于，包括：
获得非朗伯商用固态光源的实测数据，实测数据包括将非朗伯商用固态光源在不同空间方位的辐射强度在三维空间中逐点测试，产生的实际测量值；
构建初始的非朗伯商用固态光源波束模型；
根据初始的非朗伯商用固态光源波束模型获得粒子群，利用粒子群优化算法对粒子群进行优化，输出最优解，其中，粒子群包括若干粒子，粒子为利用非朗伯商用固态光源的实测数据，得到的波束多个函数的关联系数所对应的一维矢量；
根据最优解确定拟合后的非朗伯商用固态光源波束模型。


2.根据权利要求1所述的用于可见光无线技术改进粒子群优化组合波束拟合方法，其特征在于，所述初始的非朗伯商用固态光源波束模型包括：
初始的非朗伯商用固态光源波束模型，若其波束为圆周对称，则如下所示：



其中，θ为光波束出射方向的俯仰角；N1和N2分别为初始设定中所引入的余弦功率函数和高斯功率函数的个数；A1i、A2i、A3i分别为第i个余弦功率函数的幅度系数、相位偏移系数和功率系数；B1j、B2j、B3j分别为第j个高斯功率函数的幅度系数、相位偏移系数和相位归一化系数；C是高斯功率函数内的指数衰减常数；
初始的非朗伯商用固态光源波束模型，若其波束为非圆周对称且波束边缘平滑型，则如下所示：



其中，θ为光波束出射方向的俯仰角，φ为光波束出射方向的方位角；N1和N2分别为初始设定中所引入的余弦功率函数和高斯功率函数的个数；A1i、A2i、A3i分别为第i个余弦功率函数的幅度系数、相位偏移系数和功率系数；B1j、B2j、B3j、B4j分别为第j个高斯功率函数的幅度系数、相位偏移系数、余弦归一化系数和正弦归一化系数；C是高斯功率函数内的指数衰减常数；
初始的非朗伯商用固态光源波束模型，若其波束为非圆周对称且波束边缘锐利型，则如下所示：



其中，θ为光波束出射方向的俯仰角，φ为光波束出射方向的方位角；Gi(θ)为Gi(θ)＝gi1-gi2exp[-gi3(|θ|-gi4)2]；阶跃函数Ui为系数函数gi5(φ)为峰值角度函数θip(φ)为


3.根据权利要求1或2所述的用于可见光无线技术改进粒子群优化组合波束拟合方法，其特征在于，所述根据初始的非朗伯商用固态光源波束模型获得粒子群，利用粒子群优化算法对粒子群进行优化，输出最优解，包括：
根据初始的非朗伯商用固态光源波束模型构造粒子群，其中，粒子群包括若干粒子，粒子为利用非朗伯商用固态光源的实测数据得到的波束多个函数的关联系数所对应的一维矢量；
构造权重因子、学习因子和造价函数；
根据权重因子、学习因子和造价函数，对粒子群执行启发式搜索；
设定搜索终止条件组，利用搜索终止条件组判断是否终止搜索，响应于满足搜索终止条件组中任意一个搜索终止条件，则终止搜索，输出最优解。


4.根据权利要求3所述的用于可见光无线技术改进粒子群优化组合波束拟合方法，其特征在于，所述搜索终止...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁举鹏，陈习锋，郑炅，
申请(专利权)人：新疆大学，
类型：发明
国别省市：新疆;65