[發(fā)明專利]一種基于雙探測器的區(qū)域外可見光室內定位方法

有效

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• 申請日: 2016-01-22
• 公開（公告）號: CN106019226B
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發(fā)明（設計）人: 馮立輝;呂慧超;楊愛英;倪國強
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01S5/16
• 分類號: G01S5/16
• 代理公司: 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙)11639
• 代理人: 毛燕

技術領域

本發(fā)明涉及一種基于雙探測器的區(qū)域外可見光室內定位方法，屬于可見光通信技術領域。

背景技術

基于可見光通信(Visible Light Communication,VLC)技術的室內定位方案由于利用白色半導體發(fā)光二極管(Light Emitting Diode,LED)發(fā)射的白光作為定位信號的載體，所以沒有電磁輻射，不受應用環(huán)境的限制；并且VLC的傳輸信道一般采用直射信道，多徑干擾比較小，所以該定位方案可以達到比較高的精度；另外，基于VLC技術的室內定位系統(tǒng)與未來的VLC通信技術相兼容，因此不需要昂貴的硬件設備投入，成本比較低。

目前，已有較多的二維室內定位方法，但是定位區(qū)域受限于LED陣列的分布，只能實現(xiàn)LED陣列內部的定位。比如在2015年3月《燈與照明》第39卷第一期第34頁發(fā)表的《室內可見光若干關鍵技術的比較研究》中，遲楠等人對可見光室內定位技術進行了總結分析。在目前所提到的非成像的高精度定位方法中。普遍采用基于RSSI的三角定位的方法，該方法是對LED所覆蓋區(qū)域內進行定位。如果對LED區(qū)域外的位置進行定位，需要鋪設更多的LED，增加了系統(tǒng)成本。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有可見光室內定位只能在由LED組成的區(qū)域內部進行定位、無法實現(xiàn)區(qū)域外定位的問題，提出一種基于雙探測器的區(qū)域外可見光定位方法。

本發(fā)明的核心思想為：利用位置已知的基站探測器接收到LED信號的強度來標定LED的光強度以及基準距離，再通過求解光照度輻射模型建立位置未知的移動臺探測器的二次方程組，得到移動臺探測器的位置，即實現(xiàn)室內可見光定位。

本發(fā)明提出的一種基于雙探測器的區(qū)域外可見光室內定位方法，包括以下步驟：

步驟一、發(fā)送端處理器驅動多個LED，每個LED發(fā)送經過調制的可見光信號；

其中，所述LED具體特征為符合朗勃輻射體輻射模型以及數(shù)量為n，n大于等于3；

其中，所述的調制后的可見光信號速率滿足條件為人眼看不到閃爍；

步驟二、光探測器A和光探測器B同時接收并解調步驟一中LED發(fā)出的可見光信號，并提取相關信息；

所述光探測器A為基站探測器，其具體位置已知；

光探測器B為移動臺探測器，其具體位置未知，且其位置為所求；

所述的提取相關信息的具體內容包括LED的ID以及接收到的各個LED信號的強度；

步驟三、根據(jù)步驟二中提取的相關信息列方程組，具體過程如下：

根據(jù)朗勃輻射體光照度分布公式，光探測器A或光探測器B接收到的LED的光照度P為：

其中,P₀為LED發(fā)光功率，表示是LED和光探測器之間的輻射角度，假設定位區(qū)域內的n個LED各自對應的光探測器A的角度分別記為：各LED對應光探測器B的角度分別記為：d_i是LED與光探測器之間的距離，探測器A距離n個LED距離分別為d_A1，d_A2……d_An；光探測器B距離n個LED距離分別為d_B1，d_B2，……，d_Bn；A是光探測器的有效面積，θ是光入射到光探測器接收面時的角度；為LED光源的半功率角，

P為光探測器A或光探測器B接收到的LED信號強度，其中，光探測器A接收到的n個LED的信號強度分別為P_A1，P_A2，……，P_An；光探測器B接收到的n個LED的信號強度分別為P_B1，P_B2，……，P_Bn；

可以得到光探測器A接收到的LED信號與LED距離d的關系：

式中，m是LED本身的朗勃數(shù)，為已知量；除了d和P₁會隨光探測器A位置不同而變化外，其余皆與光探測器A位置無關，為常量；

將光探測器A及光探測器B接收的第n個LED信號強度帶入式(2)中，得到式(3)

將(3)式進行變換，可以得到移動臺探測器與第n個LED距離如式(4)

根據(jù)兩點間的距離公式，設移動臺探測器所處的坐標為(x,y),則

步驟四、用最小二乘法解步驟三中的方程組(5)，求得的(x,y)即移動臺探測器所處的坐標。

有益效果