[发明专利]基于VLC的TOA曲面质心定位方法研究

权利要求书

1.基于VLC的TOA曲面质心定位方法，其特征在于：首先，建立VLC室内定位模型，参考节点置于天花板上，未知节点处于房间内任意位置；根据传统的TOA算法建立球面定位方程。由于测量误差和多径效应的影响，球面定位的解构成一个曲面，将曲面区域的质心作为未知节点的位置。

2.根据权利要求1所述的基于VLC的TOA曲面质心室内定位方法，其中具体步骤进一步包括：

1)建立室内可见光定位模型：

可见光室内定位模型中定位空间为5m×5m×3m的房间。若三个白光LED光源(S₁，S₂，S₃)布设在房间内天花板上，设其坐标都已知，为(x₁，y₁，z₁)，(x₂，y₂，z₂)(x₃，y₃，z₃)。PN为待定位节点，位于房间内任意位置，其坐标未知，设为(x，y，z)。

2)如权利要求1所述的基于VLC的TOA曲面质心的可见光室内定位方法，其中所述步骤2中，利用传统三维TOA定位方法构造球面定位公式

设测得从三个光源单独发出的光信号传输至待定位点PN的时间分别为t₁、t₂、t₃，则可求出待定位点与三个光源的距离分别为d₁、d₂、d₃，且有：

根据已知光源坐标构造球面定位公式为：

3.如权利要求1所述基于VLC的TOA曲面质心的可见光室内定位方法，其中所述步骤3中，将公式化简为矩阵形式：

VLC室内定位系统中，LED信源布设于房顶，即z₁＝z₂＝z₃＝H。所以，PN点坐标可通过求解线性方程得出。将式(2)变为：

将式(3)化简为矩阵形式：

PX＝Q (4)

其中

4.如权利要求1所述基于VLC的TOA曲面质心的可见光室内定位方法，其中所述步骤4中，利用最小二乘法求解矩阵：

用最小二乘法求解该矩阵方程，首先定义残差值f＝Q-PX，则

f²＝(Q-PX)²＝(Q-PX)^T(Q-PX) (5)

所以，问题转化为求解f²的最小值。对式(5)求导并令其为零，可得到的解为：

X＝(P^TP)^-1P^TQ (6)

再代入到式(3)中，即可求出PN坐标z值。

5.如权利要求1所述基于VLC的TOA曲面质心的可见光室内定位方法，其中所述步骤5中，将三边定位法估算的多解构成空间球体相交曲面：

理想状况下，只要信源S₁、S₂、S₃不共线，式(6)一定存在唯一解，即三个球会相交于一点。但由于实际测量误差的影响，三个球并没有交于一点，而会两两相交形成一个曲面区域。即式(6)存在多个解X₁、X₂…X_i，曲面区域由这些解包围而成。

6.如权利要求1所述基于VLC的TOA曲面质心的可见光室内定位方法，其中所述步骤6中，求出曲面区域的质心作为未知节点的位置：

曲面质心计算公式为：

式中，∑表示曲面区域；ρ为密度，取标准大气压下、室温为20℃时的空气密度，值为1.205kg/m3。

即可求出待定位点PN的坐标为