Optimal Optical Omnidirectional Angle-of-Arrival Estimator With Complementary Photodiodes
Optimal Optical Omnidirectional Angle-of-Arrival Estimator With Complementary Photodiodes
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具有互补光电二极管的最佳光学全向到达角估计器
DOI：
10.1109/jlt.2019.2907969
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发表时间：
2019-07
影响因子：
4.7
通讯作者：
Cheng Julian
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Zhu Bingcheng;Zhu Zhiming;Wang Yongjin;Cheng Julian
到达角（AOA）估计器是基于AOA算法的可见光定位系统的核心器件。然而，现有的AOA估计遭受高计算复杂度，窄视场（FOV），低精度，或高功耗。在这项工作中，我们提出了一种新的AOA估计的基础上倾斜的互补光电二极管（CPD）的阵列，估计的FOV可以是2 pi $ rad，AOA估计只需要一个线性方程组的解决方案。AOA估计器中CPD的方向相对于平均误差功率进行优化，从而得到任意数量CPD的封闭形式的最优方向表达式。我们还推导出AOA估计误差的概率密度函数和累积分布函数（CDF）的封闭形式的表达式。在CDF表达式的基础上，我们得到了基本VLP系统定位中断概率的封闭形式的渐近界。理论分析、仿真和实验结果表明，该最优AOA估计器能使估计误差最小化，适用于高精度、低复杂度、大视场、低成本、低功耗、高响应速度的AOA定位系统。
Angle-of-arrival (AOA) estimator is the core device in visible light positioning (VLP) systems with AOA algorithms. However, existing AOA estimators suffer from high computational complexity, narrow field-of-view (FOV), low accuracy, or high power consumption. In this work, we propose a novel AOA estimator based on an array of tilted complementary photodiodes (CPDs), where the estimator's FOV can be $2\pi$ rad, and the AOA estimation only requires the solution of a linear equation set. The orientations of the CPDs in the AOA estimator are optimized with respect to the average error power, resulting in closed-form optimal orientation expressions for an arbitrary number of CPDs. We also derive closed-form expressions for the probability density function and the cumulative distribution function (CDF) of the AOA estimation error. On the basis of CDF expression, we derive closed-form asymptotic bounds for the positioning outage probability of a fundamental VLP system. Analytical, simulation, and experimental results verify that the optimal AOA estimator can minimize the estimation error, and it can be employed in AOA positioning systems perusing high accuracy, low complexity, large FOV, low cost, low power consumption, and high response speed.
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影响因子：
1.1
作者：
Yang, S. -H.;Jeong, E. -M.;Han, S. -K.
通讯作者：
Han, S. -K.
影响因子：
1.6
作者：
Manh The Van;Nguyen Van Tuan;Burton, Andrew
通讯作者：
Burton, Andrew
DOI：
10.1109/jsac.2017.2774478
发表时间：
2018-01-01
影响因子：
16.4
作者：
Steendam, Heidi
通讯作者：
Steendam, Heidi
影响因子：
2.6
作者：
Chen, Chen;Zhong, Wen-De;Ghassemlooy, Zabih
通讯作者：
Ghassemlooy, Zabih
DOI：
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发表时间：
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期刊：
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作者：
通讯作者：
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