[发明专利]一种基于双探测器的区域外可见光室内定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于双探测器的区域外可见光室内定位方法，属于可见光通信技术领域。

背景技术

基于可见光通信(Visible Light Communication,VLC)技术的室内定位方案由于利用白色半导体发光二极管(Light Emitting Diode,LED)发射的白光作为定位信号的载体，所以没有电磁辐射，不受应用环境的限制；并且VLC的传输信道一般采用直射信道，多径干扰比较小，所以该定位方案可以达到比较高的精度；另外，基于VLC技术的室内定位系统与未来的VLC通信技术相兼容，因此不需要昂贵的硬件设备投入，成本比较低。

目前，已有较多的二维室内定位方法，但是定位区域受限于LED阵列的分布，只能实现LED阵列内部的定位。比如在2015年3月《灯与照明》第39卷第一期第34页发表的《室内可见光若干关键技术的比较研究》中，迟楠等人对可见光室内定位技术进行了总结分析。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，该方法是对LED所覆盖区域内进行定位。如果对LED区域外的位置进行定位，需要铺设更多的LED，增加了系统成本。

发明内容

本发明的目的是为解决现有可见光室内定位只能在由LED组成的区域内部进行定位、无法实现区域外定位的问题，提出一种基于双探测器的区域外可见光定位方法。

本发明的核心思想为：利用位置已知的基站探测器接收到LED信号的强度来标定LED的光强度以及基准距离，再通过求解光照度辐射模型建立位置未知的移动台探测器的二次方程组，得到移动台探测器的位置，即实现室内可见光定位。

本发明提出的一种基于双探测器的区域外可见光室内定位方法，包括以下步骤：

步骤一、发送端处理器驱动多个LED，每个LED发送经过调制的可见光信号；

其中，所述LED具体特征为符合朗勃辐射体辐射模型以及数量为n，n大于等于3；

其中，所述的调制后的可见光信号速率满足条件为人眼看不到闪烁；

步骤二、光探测器A和光探测器B同时接收并解调步骤一中LED发出的可见光信号，并提取相关信息；

所述光探测器A为基站探测器，其具体位置已知；

光探测器B为移动台探测器，其具体位置未知，且其位置为所求；

所述的提取相关信息的具体内容包括LED的ID以及接收到的各个LED信号的强度；

步骤三、根据步骤二中提取的相关信息列方程组，具体过程如下：

根据朗勃辐射体光照度分布公式，光探测器A或光探测器B接收到的LED的光照度P为：

其中,P₀为LED发光功率，表示是LED和光探测器之间的辐射角度，假设定位区域内的n个LED各自对应的光探测器A的角度分别记为：各LED对应光探测器B的角度分别记为：d_i是LED与光探测器之间的距离，探测器A距离n个LED距离分别为d_A1，d_A2……d_An；光探测器B距离n个LED距离分别为d_B1，d_B2，……，d_Bn；A是光探测器的有效面积，θ是光入射到光探测器接收面时的角度；为LED光源的半功率角，

P为光探测器A或光探测器B接收到的LED信号强度，其中，光探测器A接收到的n个LED的信号强度分别为P_A1，P_A2，……，P_An；光探测器B接收到的n个LED的信号强度分别为P_B1，P_B2，……，P_Bn；

可以得到光探测器A接收到的LED信号与LED距离d的关系：

式中，m是LED本身的朗勃数，为已知量；除了d和P₁会随光探测器A位置不同而变化外，其余皆与光探测器A位置无关，为常量；

将光探测器A及光探测器B接收的第n个LED信号强度带入式(2)中，得到式(3)

将(3)式进行变换，可以得到移动台探测器与第n个LED距离如式(4)

根据两点间的距离公式，设移动台探测器所处的坐标为(x,y),则

步骤四、用最小二乘法解步骤三中的方程组(5)，求得的(x,y)即移动台探测器所处的坐标。

有益效果