[發明專利]一種可見光定位方法與系統

在審

• 申請號: 202111021526.4
• 申請日: 2021-09-01
• 公開（公告）號: CN113947100A
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發明（設計）人: 張建輝;宋正兵;王嘉誠;王瀚翔
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G01S5/16
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 楊舟濤

1.一種可見光定位方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：設置信號發射端，將三個貼有偏振片的LED固定在天花板上，三個LED的頻率和三個偏振片的偏振方向都不同，并對其進行調制，使其以一定的頻率閃爍并發射線偏振光，傳遞攜帶LED固有信息的線偏振光，固有信息包括LED的ID、坐標信息以及所貼附偏振片的偏振方向信息；

設置信號接收端，利用光電二極管陣列對LED信號進行采集，光電二極管陣列共有四塊光電二極管，四塊光電二極管分別設置在四個光電二極管陣列底板，每個光電二極管與光電二極管陣列底板存在傾斜角度α，其中兩塊光電二極管表面貼附有偏振片，這兩個光電二極管上貼附的偏振片偏振方向相互垂直，用于提供朝向估計所需要的接收端的偏振片偏振方向與發射端的偏振片偏振方向之間的旋轉角信息，傾斜角度α的存在提供定位計算所需要的光線的入射角度信息；

步驟2：利用步驟1中獲得的光信號，得到每個LED的ID、坐標位置信息、貼附偏振片的偏振方向信息，并測得光信號的接收信號強度，結合接收端的偏振片與發射端的偏振片偏振方向之間的旋轉角信息和通過傾斜角度α獲得的光線的入射角度信息，實現接收端的定位和朝向估計。

2.根據權利要求1所述的一種可見光定位方法，其特征在于，所述步驟1包括以下步驟：

步驟1.1：在測量空間內建立坐標系，LED₁、LED₂和LED₃分別表示為e₁、e₂和e₃；

步驟1.2：為e₁、e₂和e₃分別安裝貼附有偏振方向為δ₁，δ₂，δ₃的偏振片；

步驟1.3：為每個LED分配一個頻率，使其以一定的頻率閃爍，傳遞攜帶LED固有信息的線偏振光信號，固有信息包括LED的ID、坐標信息以及所貼附的偏振片的偏振方向信息。

3.根據權利要求1所述的一種可見光定位方法，其特征在于：所述的四塊光電二極管包含光電二極管PD₁、PD₂、PD₃和PD₄，PD₁和PD₂安裝在同一方向上，與PD₃、PD₄所在的方向之間的夾角都為120°。

4.根據權利要求3所述的一種可見光定位方法，其特征在于，所述步驟2包括以下步驟：

步驟2.1：通過可見光通信技術，提取出每個LED所傳遞的信息；

步驟2.2：利用貼有偏振片的PD₁和PD₂來計算接收端貼有偏振片的PD₁的偏振方向與δ₁，δ₂，δ₃之間的旋轉角η¹，η²和η³，利用其中任意兩個旋轉角以及對應的LED側偏振片偏振方向得到四個候選朝向，通過比較候選朝向之間的數值關系，完成接收端朝向Φ的估計；

步驟2.3：朝向Φ和朝向Φ+π都滿足步驟2.2中的旋轉角關系，通過光電二極管陣列的結構特性，判斷各個光電二極管的接收信號強度來消除冗余朝向；

步驟2.4：將帶有偏振片的PD₁和PD₂所獲得的接收信號強度轉換為不帶偏振片情況下光電二極管在相同位置測得的接收信號強度，記測得該接收信號強度的光電二極管為PD₁₂；

步驟2.5：根據PD₁₂、PD₃和PD₄之間的接收信號強度比值以及光電二極管與底板的傾斜角度α，結合光傳播模型去計算光源發射出的光線到光電二極管的入射角度β₁₂、β₃和β₄；

步驟2.6：根據步驟2.5所得到的入射角度，結合測量空間中向量的幾何關系以及光傳播模型，構建一個關于接收端坐標的最小二乘問題，解該最小二乘問題即可獲得接收端在測量空間當中的坐標。