[发明专利]一种室内LED可见光定位方法、系统及装置

说明书

本发明公开了一种室内LED可见光定位方法、系统及装置，属于可见光通信技术领域。其方法包括：室内设置LED光源并作为基站并LED光源进行编码；通过LED光源的定位帧形成模块生成定位帧，所述定位帧包括测距脉冲、信标编码和坐标数据，所述测距脉冲包括前导码和周期脉冲，通过时分多址技术发送定位帧信号到定位终端；定位终端接收定位帧信号，定位终端解码定位帧信号后获取LED光源坐标、信标编码和时延差；利用双曲线定位算法确定待定位目标的坐标；通过相位法对待定位目标的坐标进行修正；本发明可用于机器人、移动定位终端等在室内环境下的定位应用。

技术领域

本发明涉及可见光通信技术领域，特别是一种室内LED可见光定位方法、系统及装置。

背景技术

基于LED的可见光通信定位技术具有室内覆盖广、节能、安全、布设简单、成本低、电磁兼容性好等突出优点。目前实现可见光室内定位的技术主要主要有基于接收可见光信号强度指示法、基于频分多址定位方法、成像法和指纹识别法。目前定位精度较高的室内可见光定位方法均需要直接测距，通过测量基站LED光源与待定位目标点连线的距离，由几何关系计算出待定位点的位置信息，但在室内环境下由于信号多径反射、发光强度波动、对信号光的遮挡都会严重影响定位精度的提高。基于时钟同步的测距方法理论上可以大幅提高定位精度，但目前基于时钟同步的室内LED可见光定位方法尚未有具体的实施办法，主要原因是实现基站和待定位目标点的严格时钟同步技术上复杂且成本过高。

发明内容

本发明的发明目的是，针对上述问题，提供一种室内LED可见光定位方法、系统及装置，本发明针对现有的室内LED可见光定位技术存在的测距精度不高、室内光信号多径反射干扰及LED光源发光强度波动影响等问题，提出了一种基于LED光源的时分多址室内定位方法，此方法利用时分多址技术发送各基站LED光源信标，通过发送端时钟同步结合相位测量方法进行高精度测距，从而实现室内环境下的三维高精度可见光定位。本发明可用于机器人、移动定位终端等在室内环境下的定位应用。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种室内LED可见光定位方法、系统及装置，其特征在于：包括如下步骤

S1：室内设置LED光源并作为基站，分别对LED光源进行编码，使每个LED光源具有唯一的信标编码；

S2：通过LED光源的定位帧形成模块生成定位帧，所述定位帧包括测距脉冲、信标编码和坐标数据，所述测距脉冲包括前导码和周期脉冲，通过时分多址技术发送定位帧信号到定位终端；

S3：定位终端接收定位帧信号，定位终端解码定位帧信号后获取LED光源坐标、信标编码、时延差；

S4：利用双曲线定位算法确定待定位目标的坐标；

S5：通过相位法对待定位目标的坐标进行修正。

基于上述方法，每一个定位帧包括测距脉冲、信标编码和坐标数据三个字段，测距脉冲包含前导码和设定的周期脉冲，周期脉冲用于初步测定与两个基站的距离差，前导码包含定位帧每个字段的起止位置；定位帧实现了多种类型信息的统一传送，三个字段均提供了定位系统功能扩充的数据空间；定位帧的发送由同步装置控制，同一时隙只能有一个基站发送定位帧，定位帧发送时间间隔ΔT根据室内面积及空间尺度确定，这样可以有效降低多址干扰；所有基站发送的测距脉冲周期完全相同、信标编码各不相同；定位终端对接收到的定位帧进行解码，得到所收到的信号所属基站、坐标及其它信息。定位终端通过对比接收到的基站信号质量，优选出适用于定位的多个基站，优选中还须排除不能用于双曲线定位的基站、定位误差大的基站及多基站共线的情况，计算出这些基站中任两个到达信号的时间差，从而初步确定距离差。测量选定基站中任两个基站测距脉冲信号到达时的相位差，可求得相对应的距离差。由于相位法只能测量小于一个周期的相位差，会产生周期整数的误差，会产生多值问题，通过对比测距脉冲得到的初步测定距离差，可以进行多值性消除，从而得到比较精确的距离差。用相位法精测，得到比一般脉冲法更精确的测距结果。