[發(fā)明專利]一種基于FFT算法的可見光室內(nèi)定位系統(tǒng)及方法

在審

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• 申請日: 2018-06-28
• 公開（公告）號: CN108802680A
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王會峰;倪敬雪;高榮;柴彩萍;關(guān)麗敏;穆柯楠
• 申請（專利權(quán)）人: 長安大學(xué)
• 主分類號: G01S5/16
• 分類號: G01S5/16
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 范巍

本發(fā)明提供一種基于FFT算法的可見光室內(nèi)定位系統(tǒng)及方法，主要包括多白光LED發(fā)射端調(diào)制模塊、微弱光信號檢測模塊、室內(nèi)定位算法以及液晶顯示模塊。本發(fā)明通過光敏傳感器對室內(nèi)空間中包含不同頻率LED發(fā)出的光的混合光信號進行接收采集，經(jīng)預(yù)處理后通過FFT算法對預(yù)處理的光信號進行頻譜分析來區(qū)分不同點位光信號的強弱并估計信號較強的發(fā)射端和接收端的距離，然后應(yīng)用三邊定位算法求解得到接收端的位置信息。本發(fā)明能夠很好的滿足室內(nèi)定位對實時性和精確性的要求，在保證正常照明情況下實現(xiàn)了可見光室內(nèi)定位，保證了定位的精度和穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及可見光室內(nèi)定位領(lǐng)域，特別涉及一種基于FFT的可見光室內(nèi)定位方法。

背景技術(shù)

基于衛(wèi)星定位系統(tǒng)(例如，全球定位系統(tǒng)GPS)的室外定位技術(shù)的成功發(fā)展，刺激了室內(nèi)定位技術(shù)的開發(fā)和研究。然而，在室內(nèi)無法利用GPS等衛(wèi)星定位技術(shù)實現(xiàn)定位，因此，需要一種可以不依賴衛(wèi)星信號實現(xiàn)室內(nèi)定位的技術(shù)。

現(xiàn)有幾種常用的室內(nèi)定位技術(shù)包括紅外線、超聲波、藍牙、射頻識別、WIFI、LED可見光通信等。其中LED可見光通信技術(shù)具有能效高、綠色環(huán)保、不受電磁干擾影響且兼具照明和定位兩種功能等優(yōu)勢，但同時也存在室內(nèi)背景光干擾大，定位精度不高，硬件平臺不便于攜帶等問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對白光LED可見光室內(nèi)定位存在的問題，本發(fā)明提供了一種基于FFT算法的可見光室內(nèi)定位系統(tǒng)及方法。

為達到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

一種基于FFT算法的可見光室內(nèi)定位系統(tǒng)，包括驅(qū)動發(fā)射單元、接收定位單元以及布置在室內(nèi)3個以上不同位置的白光LED，所述驅(qū)動發(fā)射單元包括第一供電模塊、第一核心控制模塊以及白光LED發(fā)射端調(diào)制模塊，第一供電模塊分別與第一核心控制模塊以及白光LED發(fā)射端調(diào)制模塊相連，第一核心控制模塊與白光LED發(fā)射端調(diào)制模塊相連，各白光LED的發(fā)光頻率通過白光LED發(fā)射端調(diào)制模塊調(diào)制在諧波分量互不重疊的頻段內(nèi)或頻點處；接收定位單元包括第二供電模塊、第二核心控制模塊、微弱光信號檢測模塊以及液晶顯示模塊(用于顯示接收定位單元的實時定位結(jié)果)，第二核心控制模塊分別與第二供電模塊、微弱光信號檢測模塊以及液晶顯示模塊相連，微弱光信號檢測模塊對通過其光敏傳感器采集的室內(nèi)光信號進行預(yù)處理(例如將光信號進行光電轉(zhuǎn)換后放大)，與第二供電模塊相連；第二核心控制模塊包括采樣子模塊以及室內(nèi)定位算法解算子模塊，采樣子模塊用于對室內(nèi)光信號在經(jīng)微弱光信號檢測模塊采集及預(yù)處理后進行數(shù)字采樣，室內(nèi)定位算法解算子模塊用于對數(shù)字采樣結(jié)果進行快速傅里葉變換(FFT)、根據(jù)快速傅里葉變換得到的采樣點頻譜信息對采集到的室內(nèi)光信號中與各白光LED對應(yīng)的頻譜數(shù)據(jù)(例如，發(fā)光頻率對應(yīng)的幅值)進行提取、依據(jù)提取的頻譜數(shù)據(jù)選定三個以上相對于接收定位單元所在待定位位置接收信號最強(幅值最大)的白光LED并計算該白光LED各自與待定位位置的距離，以及用于根據(jù)選定的各白光LED的位置坐標(biāo)及其與待定位位置的距離求解待定位位置的坐標(biāo)。

優(yōu)選的，所述第一核心控制模塊及第二核心控制模塊的實現(xiàn)電路包括ARM 32位單片機，例如型號為STM32F103C8T6。

優(yōu)選的，所述白光LED發(fā)射端調(diào)制模塊包括與每個白光LED對應(yīng)的功率控制及信號調(diào)制電路(恒流驅(qū)動與調(diào)制電路)，各功率控制及信號調(diào)制電路分別與第一核心控制模塊(具體與上述型號的單片機的對應(yīng)一個I/O口相連)，及對應(yīng)白光LED相連。

優(yōu)選的，所述微弱光信號檢測模塊包括依次相連的硅光電池(光敏傳感器)、AD795芯片以及LF412芯片，硅光電池用于采集室內(nèi)光信號，LF412芯片與第二核心控制模塊相連(具體與上述型號的單片機的一個ADC口相連)。

優(yōu)選的，所述微弱光信號檢測模塊、第二核心控制模塊、液晶顯示模塊以及第二供電模塊集成為一體。

優(yōu)選的，所述3個以上不同位置的白光LED固定在室內(nèi)高于地面的不同位置。