[发明专利]一种可见光定位方法与系统

说明书

本发明提供了一种可见光定位方法与系统。本发明包括可见光信号的发送端和接收端。发送端将三个贴附有偏振片的LED安装在天花板，通过可见光通信技术来传输LED固有信息；接收端使用光电二极管阵列采集到三个LED的光信号，利用发送端偏振片与接收端偏振片之间的旋转角信息来计算当前接收端的朝向，并结合光电二极管阵列中光电二极管所存在的倾斜角度，进一步地利用光传播模型估算出发射端发射的光信号到各个光电二极管的入射角度，并据此来计算当前接收端的位置。本发明能够在进行设备定位的同时提供设备朝向的估计，简单可行，部署成本低，易于维护，并且系统结构简单，能快速推广应用到不同的物联网设备中。

技术领域

本发明涉及可见光通信领域，具体是一种使用发光器件、偏振片和光电二极管的可见光定位方法与系统，其中发光器件为发光二极管(LED)。

背景技术

随着可见光通信技术的发展，近些年越来越多的研究者转向了研究室内可见光定位技术。迄今为止，导航软件已经成为每个人在生活中的必备软件，但由于室内环境复杂，墙体等障碍物会阻碍GPS信号的传播，造成室外常见的定位方法在室内不适用。利用室内可见光定位技术可以有效的解决导航定位中“最后一公里”的难题。但是目前的室内可见光定位技术部署成本较高，且很少有能做到在定位的同时还能够进行设备朝向的估计。张弛等人在2017年提出的可见光定位方法利用了额外的IMU传感器来完成设备朝向的获取，增加了系统的成本和复杂性，这些都阻碍了现实中可见光定位技术在物联网设备中的推广。因此，如何设计一种部署成本低、系统简单，并且能同时进行设备定位和设备朝向估计的可见光定位系统成为了可见光定位技术发展中亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明提供了一种可见光定位方法与系统，目的是实现一种部署成本低、系统简单，且能够同时进行设备定位和设备朝向估计的可见光定位技术，以便于可见光定位技术在物联网设备上的推广和应用。

本发明的方案如下：

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座上，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。

作为优选，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。