[发明专利]一种基于接收信号强度比且不依赖高度的三维可见光定位方法

权利要求书

1.一种基于接收信号强度比且不依赖高度的三维可见光定位方法，其特征在于，包括：

步骤1、将多个发射机布置于同一高度的平面，所述发射机的LED灯均垂直向下，且确保定位区域内任意位置均有至少4盏LED灯覆盖，LED灯的工作功率相同；确定每个发射机的三维坐标，接收机的光电二极管垂直向上以接收LED灯发射的光信号；

步骤2、接收机从光信号中提取每个LED灯的接收信号强度，结合发射机对应的三维坐标，建立关于接收机坐标和接收信号强度比的线性方程组；

步骤3、利用加权最小二乘计算所述线性方程组的解，得出接收机的水平坐标；

步骤4、利用求得的水平坐标修正方程组，再得出接收机与发射机的相对高度，最终得到接收机的三维坐标。

2.根据权利要求1所述的基于接收信号强度比且不依赖高度的三维可见光定位方法，其特征在于，步骤1中，所述发射机的数目为M，发射机LED灯的朗伯阶数均为n，发射机所在高度均为h_LED，第i个发射机的水平坐标为s_i＝(x_i,y_i)^T,(i＝1,2，…,M)；接收机位于定位区域中任意位置，接收机的水平坐标和高度分别为u＝(x_u,y_u)^T与h_PD；接收机与发射机的相对高度为h＝h_LED-h_PD；第i个与第j个LED灯的接收信号强度比为τ_ij。

3.根据权利要求2所述的基于接收信号强度比且不依赖高度的三维可见光定位方法，其特征在于，步骤2中，所述关于接收机坐标和接收信号强度比的线性方程组为：

b₁-A₁ψ＝BΔτ

其中，b₁是接收信号强度比的测量值矩阵；ψ是仅包含接收机水平坐标的矩阵A₁是ψ的系数矩阵，用于联合ψ表示接收信号强度比的推导值；Δτ是接收信号强度比的测量误差矩阵；B是测量误差的系数矩阵；所述关于接收信号强度比的线性方程组由接收信号强度最大的LED灯与剩余M-1个LED灯构成，记第i个灯为具有最大信号接收强度的LED灯，并固定i为1，记剩余的灯序号为j＝2,…,M，则各矩阵有：

其中b_1j是第1个LED灯与第j个LED灯的接收信号强度比的测量值；a_1j是ψ中u的系数，用于联合u表示第1个LED灯与第j个LED灯的接收信号强度比的推导值；β_1j和α_1j分别是b_1j和a_1j关于τ_1j的一阶导数；Δτ_1j是第1个LED灯与第j个LED灯的接收信号强度比的测量误差；记m＝n+3，则所述矩阵中的元素有：

所述关于接收机坐标和接收信号强度比的线性方程组中，u和h为未知量。

4.根据权利要求3所述的基于接收信号强度比且不依赖高度的三维可见光定位方法，其特征在于，步骤3中，所述线性方程组的加权最小二乘估计为：

其中是包含了接收机水平坐标的估计矩阵，W为加权矩阵，由下式确定：

W＝(BQB)^-1，Q＝E[ΔτΔτ^T]

Q是接收信号强度比的协方差矩阵，E是求期望值；在得到的最小二乘估计中，接收机的水平坐标估计为的前两项，而未知量h的取值被证明仅影响的第三项而不会影响水平坐标的估计精度。