[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

说明书

本发明涉及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，包括布置多个发射机，确定每个发射机的三维坐标；接收机提取接收信号强度，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；计算线性方程组的解，得出接收机的水平坐标；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。本发明的有益效果是：本发明利用单个光电二极管对LED灯的接收信号强度进行测量，通过作比值和伪线性化的方式实现了对接收机的三维定位，一方面，该发明克服了现有方法对先验高度参数的依赖，另一方面，在有限的参数情况下，依然能够保持水平定位的精度。

技术领域

本发明涉及无线定位技术领域，更确切地说，它涉及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。

背景技术

由发光二极管(LED)和光电二极管(Photodiode，PD)实现的可见光定位(VisibleLight Positioning，VLP)技术因其高准确度、低部署成本和丰富的频段资源被视为室内定位的潜在应用技术，其中常见且易于实现的光定位方法是基于接收信号强度(RSS)的定位。LED作为位置已知的发射机发射光信号，PD将LED发射的光信号转换为电信号，搭载了PD的接收机根据电信号强度计算出其与LED的距离，通过与多个LED建立距离关系得出接收机的二维或三维坐标，从而实现定位的功能。

目前使用RSS的定位方法需要额外的参数，如接收机与发射机的相对高度和LED发射功率，这些参数在实际场景中难以获取或难以保持恒定。因此，在使用接收信号强度的可见光定位系统中，接收端难以在缺失高度信息的情况下完成准确的三维定位任务。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了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。

第一方面，提供了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，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。

作为优选，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。

作为优选，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