[发明专利]基于VLC的TOA曲面质心定位方法研究

说明书

本发明提供了一种基于VLC的TOA曲面质心定位方法。其中，所述方法包括：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算法建立球面定位公式。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。该方法降低了传统的TOA定位法误差，提高了定位精度。

技术领域

本发明涉及可见光室内定位优化技术领域，特别是涉及一种基于VLC的TOA曲面质心定位方法。

背景技术

随着科学技术不断发展，人们在室内定位领域又迈出坚实一步。可见光通信(VLC)技术是通过在LED内植入调制芯片，利用LED承载的高频明暗闪烁信号来实现数据的高速传输。VLC技术使得LED从照明领域扩展到通信领域，实现了照明与通信功能的有效结合，具有重要的研究意义。

目前，人们对于室内位置识别服务(LBS)的需求越来越大，而VLC技术有效弥补了全球定位系统(GPS)无法适用于室内定位的缺陷。常用的基于VLC技术的测距定位方法有接收信号强度(RSS)、到达角度(AOA)、到达时间差(TDOA)和到达时间(TOA)等。现有的VLC室内定位系统基于TOA方法的研究较少，且没有考虑到TOA方法中利用三边定位法计算定位结果时存在的误差影响。

发明内容

本发明提出一种基于VLC的TOA曲面质心定位方法，该方法利用传统的TOA定位方法构造球面定位方程，并化简成矩阵形式，利用最小二乘法求解矩阵。然后，将三边定位法估算的多解构成空间球体相交曲面，求出曲面区域的质心代替矩阵的解作为未知节点的位置。

所述基于VLC的TOA曲面质心的可见光室内定位方法包括以下步骤：

1)建立可见光室内定位的数学模型；

2)利用传统三维TOA定位方法构造球面定位公式；

3)将公式化简为矩阵形式；

4)利用最小二乘法求解矩阵；

5)将三边定位法估算的多解构成空间球体相交曲面；

6)求出曲面区域的质心作为未知节点的位置。

上述步骤1中建立可见光室内定位的数学模型的方法为：

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)。

上述步骤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，则可求出待定位点与三个光源的距离分别为，且有：

根据已知光源坐标构造球面定位公式为：

上述步骤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)