[发明专利]一种可见光定位方法与系统

权利要求书

1.一种可见光定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：设置信号发射端，将三个贴有偏振片的LED固定在天花板上，三个LED的频率和三个偏振片的偏振方向都不同，并对其进行调制，使其以一定的频率闪烁并发射线偏振光，传递携带LED固有信息的线偏振光，固有信息包括LED的ID、坐标信息以及所贴附偏振片的偏振方向信息；

设置信号接收端，利用光电二极管阵列对LED信号进行采集，光电二极管阵列共有四块光电二极管，四块光电二极管分别设置在四个光电二极管阵列底板，每个光电二极管与光电二极管阵列底板存在倾斜角度α，其中两块光电二极管表面贴附有偏振片，这两个光电二极管上贴附的偏振片偏振方向相互垂直，用于提供朝向估计所需要的接收端的偏振片偏振方向与发射端的偏振片偏振方向之间的旋转角信息，倾斜角度α的存在提供定位计算所需要的光线的入射角度信息；

步骤2：利用步骤1中获得的光信号，得到每个LED的ID、坐标位置信息、贴附偏振片的偏振方向信息，并测得光信号的接收信号强度，结合接收端的偏振片与发射端的偏振片偏振方向之间的旋转角信息和通过倾斜角度α获得的光线的入射角度信息，实现接收端的定位和朝向估计。

2.根据权利要求1所述的一种可见光定位方法，其特征在于，所述步骤1包括以下步骤：

步骤1.1：在测量空间内建立坐标系，LED₁、LED₂和LED₃分别表示为e₁、e₂和e₃；

步骤1.2：为e₁、e₂和e₃分别安装贴附有偏振方向为δ₁，δ₂，δ₃的偏振片；

步骤1.3：为每个LED分配一个频率，使其以一定的频率闪烁，传递携带LED固有信息的线偏振光信号，固有信息包括LED的ID、坐标信息以及所贴附的偏振片的偏振方向信息。

3.根据权利要求1所述的一种可见光定位方法，其特征在于：所述的四块光电二极管包含光电二极管PD₁、PD₂、PD₃和PD₄，PD₁和PD₂安装在同一方向上，与PD₃、PD₄所在的方向之间的夹角都为120°。

4.根据权利要求3所述的一种可见光定位方法，其特征在于，所述步骤2包括以下步骤：

步骤2.1：通过可见光通信技术，提取出每个LED所传递的信息；

步骤2.2：利用贴有偏振片的PD₁和PD₂来计算接收端贴有偏振片的PD₁的偏振方向与δ₁，δ₂，δ₃之间的旋转角η¹，η²和η³，利用其中任意两个旋转角以及对应的LED侧偏振片偏振方向得到四个候选朝向，通过比较候选朝向之间的数值关系，完成接收端朝向Φ的估计；

步骤2.3：朝向Φ和朝向Φ+π都满足步骤2.2中的旋转角关系，通过光电二极管阵列的结构特性，判断各个光电二极管的接收信号强度来消除冗余朝向；

步骤2.4：将带有偏振片的PD₁和PD₂所获得的接收信号强度转换为不带偏振片情况下光电二极管在相同位置测得的接收信号强度，记测得该接收信号强度的光电二极管为PD₁₂；

步骤2.5：根据PD₁₂、PD₃和PD₄之间的接收信号强度比值以及光电二极管与底板的倾斜角度α，结合光传播模型去计算光源发射出的光线到光电二极管的入射角度β₁₂、β₃和β₄；

步骤2.6：根据步骤2.5所得到的入射角度，结合测量空间中向量的几何关系以及光传播模型，构建一个关于接收端坐标的最小二乘问题，解该最小二乘问题即可获得接收端在测量空间当中的坐标。