[发明专利]基于孔径接收机和加权质心定位法的可见光定位方法

摘要

本发明涉及一种基于孔径接收机和加权质心定位法的可见光定位方法，其提出了一种新型的孔径接收机结构，以及针对该新型孔径接收机结构的AOA和WCL联合定位算法。该结构和定位算法仅需要单个LED灯即可实现精确定位，相比传统VLP方法，具有结构简单、易于实现、定位精度高等优势。如果采用多个LED灯，该系统还可进一步提高定位精度，提供更优的系统性能。

主权项

1.基于孔径接收机和加权质心定位法的可见光定位方法，其特征在于：所述孔径接收机由单个孔径和K_A个光电二极管组成；/n其中，所有光电二极管紧贴并列在同一平面高度，且所有光电二极管的接收面两两相切放置；/n孔径的中心在光电二极管所在平面的投影与K_A个光电二极管接收面构成的平面的中心点重合；/n孔径的等效半径R_A与光电二极管接收面的等效半径R_D相等；/n孔径所在的平面和光电二极管所在的平面平行，二者的高度差用h_A表示；/n所述可见光定位方法包括以下步骤：/n1)对孔径接收机中内置的K_A个光电二极管所接收到的LED-ID信号的光斑强度进行检测，若在同一个光电二极管上存在多个光斑，则将所有光斑强度累加，设累加光斑强度大于给定光斑强度阈值r_T的光电二极管数量为K_D，0≤K_D≤K_A，即为有效光电二极管的个数；/n若K_D＝0，接收机无法接收到任何LED信号；此时，使用上次得到的终端的历史定位信息代替其当前的定位信息；或提示用户移动终端位置，重新执行步骤1)；/n2)若K_D＞0，则对K_A个光电二极管接收到的光信号进行混合叠加，根据系统采用的正交多路复用机制，从混叠信号提取出I_A路LED-ID和对应的I_A路谱幅度；/n3)对I_A路LED-ID中的每一路进行合法性判断，包括：/n3.1)检查I_A路LED-ID的理论合法性；/n3.2)检查理论合法的LED-ID的实际合法性；/n经过上述操作，得到I_D路有效LED-ID：0≤I_D≤I_A；/n4)对基于步骤3)获取的I_D路合法LED-ID的数量进行判断；/n4.1)若I_D＝0，则说明全部LED-ID均解码失败，系统无法得到当前的定位信息；此时，使用上次得到的终端的历史定位信息代替其当前的定位信息；或提示用户移动终端位置，返回执行步骤1)；/n4.2)若I_D＞0，则根据LED-ID与灯具坐标的映射表，可得到I_D个LED灯的坐标；/n5)基于步骤2)和步骤4)获取第i个LED灯到孔径接收机的K_A个光电二极管的光斑信号强度向量其中第k个光电二极管感应到第i个LED的光斑信号强度记为r_k,i；/n6)基于步骤5)，采用加权质心定位法求光斑中心的估计坐标，将接收信号强度r_k,i作为加权质心定位法的加权因子；其中，第i个LED灯产生的光斑中心的估计坐标可表示为：/n /n其中：(x_PD,k,y_PD,k)表示第k个光电二极管在世界坐标系统的坐标，g为正实数的权重幂因子；/n7)通过步骤6)获得的光斑中心坐标估计值和已知的孔径中心在世界坐标系统中的坐标，根据两个坐标之间的三角几何关系，可求得入射角的估计值和视场角α_S,i的估计值/n8)基于步骤7)，根据光的直线传播特性，通过得到和和表示和α_i的估计值，再根据孔径中心在孔径坐标系统上的坐标和光电二极管中心以及光斑中心在世界坐标系统上的坐标之间的到达角度关系，得到根据第i个LED求得的孔径接收机坐标/n9)对基于I_D盏LED灯所求解得到的I_D个孔径接收机坐标值按加权平均法处理，求出孔径接收机坐标的最终估计值，即：/n /n其中v_i为权重系数，i＝1,2,...,I_D。/n