[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

本發明提供了一種可見光定位方法與系統。本發明包括可見光信號的發送端和接收端。發送端將三個貼附有偏振片的LED安裝在天花板，通過可見光通信技術來傳輸LED固有信息；接收端使用光電二極管陣列采集到三個LED的光信號，利用發送端偏振片與接收端偏振片之間的旋轉角信息來計算當前接收端的朝向，并結合光電二極管陣列中光電二極管所存在的傾斜角度，進一步地利用光傳播模型估算出發射端發射的光信號到各個光電二極管的入射角度，并據此來計算當前接收端的位置。本發明能夠在進行設備定位的同時提供設備朝向的估計，簡單可行，部署成本低，易于維護，并且系統結構簡單，能快速推廣應用到不同的物聯網設備中。

技術領域

本發明涉及可見光通信領域，具體是一種使用發光器件、偏振片和光電二極管的可見光定位方法與系統，其中發光器件為發光二極管(LED)。

背景技術

隨著可見光通信技術的發展，近些年越來越多的研究者轉向了研究室內可見光定位技術。迄今為止，導航軟件已經成為每個人在生活中的必備軟件，但由于室內環境復雜，墻體等障礙物會阻礙GPS信號的傳播，造成室外常見的定位方法在室內不適用。利用室內可見光定位技術可以有效的解決導航定位中“最后一公里”的難題。但是目前的室內可見光定位技術部署成本較高，且很少有能做到在定位的同時還能夠進行設備朝向的估計。張弛等人在2017年提出的可見光定位方法利用了額外的IMU傳感器來完成設備朝向的獲取，增加了系統的成本和復雜性，這些都阻礙了現實中可見光定位技術在物聯網設備中的推廣。因此，如何設計一種部署成本低、系統簡單，并且能同時進行設備定位和設備朝向估計的可見光定位系統成為了可見光定位技術發展中亟待解決的問題之一。

發明內容

本發明提供了一種可見光定位方法與系統，目的是實現一種部署成本低、系統簡單，且能夠同時進行設備定位和設備朝向估計的可見光定位技術，以便于可見光定位技術在物聯網設備上的推廣和應用。

本發明的方案如下：

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座上，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。

作為優選，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。