[发明专利]一种基于可见光通信的室内运动目标定位跟踪系统

说明书

本发明属于室内定位领域，一种基于可见光通信的室内运动目标定位跟踪系统，包含三个模块：信号发送模块、距离测算模块和信号处理模块，其中信号发送模块组成信号发送端、距离测算模块和信号处理模块相连组成信号接收端。信号发送模块包括微控制器、调制器、光源驱动电路和LED阵列，距离测算模块包含光电探测器、解调器和距离测算单元，信号处理模块对接收的信号进行最小二乘法和卡尔曼滤波算法处理。本发明使用LED光源作为信号源，并采用最小二乘法和卡尔曼滤波对系统产生的噪声进行抑制，在实现低成本的同时具有高精度的定位效果，并且避免了挤占现有无线通信频谱资源的问题。

技术领域

本发明涉及室内定位领域，具体涉及一种基于可见光通信的室内运动目标定位跟踪系统。

背景技术

室内运动目标定位跟踪技术在机场、车站、大型商业中心、医院以及地下设施等场合有着广泛的需求。目前被广泛应用的基于导航卫星的定位与运动目标跟踪技术在室内场合的应用效果不佳，甚至无法应用，因此若要获取可靠的室内目标位置信息，需要研制专门用于室内定位的系统。目前常见的室内定位方法包括超声波定位、红外定位、无线电波定位以及可见光定位。超声波定位属于机械波，在传播过程中衰减严重，定位的有效范围不大；红外定位设备的成本高、有效距离短并且易受室内照明灯光的影响；无线电波定位若使用WiFi定位时定位精度一般为米级，不能应用于精度高的场合，若使用蓝牙与Zigbee实现高精度定位时需要密集布置大量定位锚点，成本较高且蓝牙系统稳定性不高，此外无线定位技术会挤占本来就很紧张的无线通信频谱资源，易受临近波段的电磁干扰的同时也对其他无线设备造成电磁干扰；可见光定位能够避免电磁干扰和频谱竞争，但是如果使用成本低的光源和探测器会引入高强度的噪声，影响定位的准确性。要实现低成本的同时有高精准的定位效果，需要引入恰当的信号处理算法。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明提出一种基于可见光通信的室内运动目标定位跟踪系统，以实现低成本同时拥有高精度的定位效果。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于可见光通信的室内运动目标定位跟踪系统，包括信号发送模块、距离测算模块和信号处理模块。信号发送模块组成信号发送端，距离测算模块和信号处理模块相连组成信号接收端；

信号发送模块包括微控制器、调制器、光源驱动电路和LED阵列；微控制器与所调制器相连，调制器与光源驱动电路相连，光源驱动电路与LED阵列相连；微控制器用于产生原始信息码元输入进调制器，调制器将原始信息码元为转化为信号强度信息输出给LED驱动电路，LED驱动电路将信号强度信息转化为LED明暗信号驱动LED阵列进行明暗变化；明暗变化通过空间信道传输进距离测算模块；

距离测算模块包含光电探测器、解调器和距离测算单元；光电探测器接收明暗变化并将其为电信号，将电信号传送至解调器恢复为信号强度信息，距离解算模块根据信号强度信息计算出信号发送端和信号接收端的距离数据；

信号处理模块接收距离测算模块输出的信号发送端和信号接收端的距离数据，并在RSS算法和最小二乘法对信号发送端和信号接收端的距离数据进行处理得到目标位置数据，使用卡尔曼滤波算法将目标位置数据进行融合处理得到目标精确定位。

优选地，通过RSS算法和最小二乘法得到目标位置数据的具体步骤为：

LED阵列中第i个LED光源的坐标为(x_i,y_i)，其中i＝1,....,n，待定位目标的坐标为(x,y)，待定位目标到第i个LED光源的距离为d_i。每个LED光源形成一个圆形光照区域，以(x_i,y_i)为圆心、d_i为半径的3个以上圆形光照区域的交点为目标所在位置，d_i通过接收到的信号强度换算得到；LED光源的坐标、待定位目标的坐标以及待定位目标到LED光源距离的关系如公式(1)所示：