一種基于rssr的led室內(nèi)定位方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于RSSR的LED室內(nèi)定位方法及系統(tǒng)。方法包括步驟：S1，在室內(nèi)天花板上的不同位置部署至少三組LED燈，所述每組LED燈分別發(fā)出具有識(shí)別信息的光信號(hào)；S2，利用光電探測器接收每組LED燈的光信號(hào)，分別記錄三組LED燈的接收信號(hào)強(qiáng)度；S3，根據(jù)每組LED燈的位置信息和接收信號(hào)強(qiáng)度信息，計(jì)算出光電探測器的位置。系統(tǒng)包括接收裝置和至少三個(gè)發(fā)射裝置。本發(fā)明采用的是多個(gè)LED燈定位，在多個(gè)LED光源時(shí)，然后通過多次測量接收到的LED燈的光信號(hào)強(qiáng)度，多次測量可降低單次測量偏差的影響，減小位置估算的誤差，本發(fā)明對(duì)環(huán)境依賴度低,系統(tǒng)復(fù)雜度低，提高了定位精度和定位系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于各種LED室內(nèi)定位系統(tǒng)。
【專利說明】
-種基于RSSR的LED室內(nèi)定位方法及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明設(shè)及L邸可見光室內(nèi)定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種基于RSSR的L邸室內(nèi)定位 方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 為解決定位導(dǎo)航"最后一公里"的問題，各研究機(jī)構(gòu)在室內(nèi)定位技術(shù)方面開展了大 量的研究，涌現(xiàn)了很多新的技術(shù)，如基于紅外線、超聲波、藍(lán)牙、超寬帶、射頻識(shí)別、WiFi、LED 可見光定位技術(shù)等的室內(nèi)無線定位技術(shù)，有效填補(bǔ)了 LBS在室內(nèi)定位運(yùn)一塊的空白。紅外線 定位技術(shù)主要受視距傳播和通信距離短的限制，需要部署大量發(fā)射器和接收器，復(fù)雜度高、 功耗大、成本高。超聲波具有良好的方向性，且不受視距影響，定位精度較高，但通常需要其 他無線通信技術(shù)輔助，硬件開銷較大。藍(lán)牙最大的優(yōu)勢在于能集成在手機(jī)等移動(dòng)終端上，實(shí) 用性強(qiáng)，但藍(lán)牙設(shè)備的性能不夠穩(wěn)定，并且對(duì)于相應(yīng)的移動(dòng)終端而言耗電量比較大。超寬帶 定位具有良好的多徑分辨能力，可W提供更高的定位精度，但目前的研究還不夠成熟，沒有 統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)，硬件成本較大。射頻識(shí)別和WiFi都是目前發(fā)展較為成熟的無線通信技術(shù)， 已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用，未來室內(nèi)定位領(lǐng)域的研究方向?yàn)樘岣叨ㄎ痪群拖到y(tǒng)穩(wěn)定性，精簡 設(shè)備，降低成本。
[0003] 可見光通信作為一種新興無線通信方式，因其能效高，綠色環(huán)保，不受電磁干擾影 響，兼具照明和定位兩種功能等優(yōu)勢而成為近年來的一個(gè)研究熱點(diǎn)，基于可見光通信的室 內(nèi)定位技術(shù)也隨之被提出。但是現(xiàn)有技術(shù)中基于可見光通信的室內(nèi)定位技術(shù)存在要么系統(tǒng) 復(fù)雜、要么定位精度低、定位不穩(wěn)定等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種對(duì)環(huán)境依賴度低，系統(tǒng)復(fù)雜度 低，提高了定位精度和定位系統(tǒng)的穩(wěn)定性的基于可見光通信的室內(nèi)定位方法及系統(tǒng)。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0006] 一種基于RSSR的L邸室內(nèi)定位方法，包括步驟：
[0007] S1，在室內(nèi)天花板上的不同位置部署至少Ξ組Lm)燈，所述每組Lm)燈分別發(fā)出具 有識(shí)別信息的光信號(hào)；
[000引S2,利用光電探測器接收每組Lm)燈的光信號(hào)，分別記錄Ξ組Lm)燈的接收信號(hào)強(qiáng) 度；
[0009] S3,根據(jù)每組L邸燈的位置信息和接收信號(hào)強(qiáng)度信息，計(jì)算出光電探測器的位置。
[0010] 優(yōu)選的，所述步驟S3具體包括子步驟：
[0011] S31，根據(jù)第一公式
[0012]
[0013] 計(jì)算Ξ組L邸燈中每兩組L邸燈的信號(hào)強(qiáng)度比，其中，Pri為光
[0014] 電探測器接收到第一組Lm)燈光信號(hào)的光功率、Pr2為光電探測器接收到第二組LED 燈光信號(hào)的光功率、Pr3為光電探測器接收到第Ξ組Lm)燈光信號(hào)的光功率，RSSR12為第一 LED燈和第二LED燈信號(hào)強(qiáng)度比，RSSR13為第一 L抓燈和第；1抓燈信號(hào)強(qiáng)度比，di、d2、d3為各 L邸燈與探測器的直線距離，m為朗伯指數(shù)；
[00巧]S32,根據(jù)第二公式
[0016]
[0017] 計(jì)算出光電探測器的位置坐標(biāo)(x，y，0)，其中，（L邸lx，L邸ly，h)是第一組LED燈在 天花板上的坐標(biāo)，同樣的aED2x，LED2y，h)是LED2燈在天花板上的坐標(biāo)，（LED3x，LED3y，h) 是LED3燈在天花板上的坐標(biāo)。
[0018] 優(yōu)選的，其特征在于，
[0019] 所述步驟S1具體為:在室內(nèi)的不同位置部署至少四組L邸燈，
[0020] 所述每組L邸燈分別發(fā)出具有識(shí)別信息的光信號(hào)；
[0021] 所述方法還包括步驟：
[0022] S4,從四組Lm)燈中，按照排列組合方式選擇其中Ξ個(gè)Lm)組執(zhí)行所述步驟S2和步 驟S3得到對(duì)應(yīng)四組光電探測器位置；
[0023] S5,根據(jù)Lm)燈到帶有探測器的距離值對(duì)四組光電探測器位置進(jìn)行加權(quán)平均處理 得出最終光電探測器位置。
[0024] 優(yōu)選的，所述步驟S1具體包括子步驟：
[0025] S11，在室內(nèi)的不同位置部署至少六組Lm)燈，所述每組Lm)燈分別發(fā)出具有識(shí)別信 息的光信號(hào)；
[00%] S12,利用光電探測器接收每組L邸燈的光信號(hào)，分別記錄六組L邸燈的接收信號(hào)強(qiáng) 度，并選擇接收信號(hào)強(qiáng)度最大的四組L邸燈執(zhí)行步驟S4和S5。
[0027] -種基于RSSR的L邸室內(nèi)定位系統(tǒng)，包括接收裝置和至少Ξ個(gè)發(fā)射裝置，所述發(fā)射 裝置包括信號(hào)發(fā)生電路和Lm)燈，所述信號(hào)發(fā)生電路的輸出端與Lm)燈連接，所述Ξ個(gè)發(fā)射 裝置對(duì)應(yīng)的Ξ組Lm)燈部署在室內(nèi)天花板上的不同位置;所述接收裝置包括光電探測器和 信號(hào)處理電路，所述光電探測器用于接收每組L邸燈的光信號(hào)，所述信號(hào)處理電路用于分別 記錄至少Ξ組Lm)燈的接收信號(hào)強(qiáng)度，并根據(jù)每組Lm)燈的位置信息和接收信號(hào)強(qiáng)度信息， 計(jì)算出光電探測器的位置。
[0028] 優(yōu)選的，所述信號(hào)發(fā)生電路包括依次連接的原始基帶信號(hào)模塊、信號(hào)處理與控制 模塊、調(diào)制模塊、偏置電路模塊，所述偏置電路模塊的輸入端連接有LE明E動(dòng)電源模塊。
[0029] 優(yōu)選的，所述信號(hào)處理電路包括解調(diào)模塊、信號(hào)處理與控制模塊、終端模塊，所述 解調(diào)模塊的輸入端與光電探測器的輸出端連接，所述解調(diào)模塊的輸出端與信號(hào)處理與控制 模塊連接，所述信號(hào)處理與控制模塊的輸出端與終端模塊的輸入端連接。
[0030] 優(yōu)選的，所述發(fā)射裝置有至少四組，所述信號(hào)處理電路用于執(zhí)行步驟:從四組LED 燈中，按照排列組合方式選擇其中Ξ個(gè)Lm)組，并根據(jù)每組Lm)燈的位置信息和接收信號(hào)強(qiáng) 度信息，初步計(jì)算出光電探測器的位置，并根據(jù)四組L邸燈到帶有探測器的距離值對(duì)四組初 步計(jì)算的光電探測器位置進(jìn)行加權(quán)平均處理得出最終光電探測器位置。
[0031] 優(yōu)選的，在室內(nèi)天花板上的不同位置部署至少六組Lm)燈，所述信號(hào)處理電路用于 從六組L邸燈中選擇接收信號(hào)強(qiáng)度最大的四組L邸燈執(zhí)行上述的步驟。
[0032] 本發(fā)明的有益效果是：
[0033] 本發(fā)明采用的是多個(gè)LED燈定位，在多個(gè)LED光源時(shí)，然后通過多次測量接收到的 L抓燈的光信號(hào)強(qiáng)度，多次測量可降低單次測量偏差的影響，減小位置估算的誤差，本發(fā)明 對(duì)環(huán)境依賴度低，系統(tǒng)復(fù)雜度低，提高了定位精度和定位系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0034] 另外，本發(fā)明合理的從中選出四組Lm)燈作為發(fā)射節(jié)點(diǎn)，從運(yùn)四組作為發(fā)射節(jié)點(diǎn)的 L邸燈中，選擇其中Ξ個(gè)Lm)燈定位。運(yùn)樣做，當(dāng)在六個(gè)L邸燈中，有部分Lm)燈不可用時(shí)，仍能 實(shí)現(xiàn)定位，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。然后通過測量接收到的Lm)光信號(hào)強(qiáng)度，計(jì)算接收信號(hào)強(qiáng)度 比RSSR并由此確定目標(biāo)物體的位置。與單純接收信號(hào)強(qiáng)度定位方案相比，該方案調(diào)制方法 簡便，降低了節(jié)點(diǎn)對(duì)硬件的要求，大大減少了數(shù)據(jù)的傳輸量和計(jì)算量，縮短了定位時(shí)間，降 低了能耗，并且能夠消除不同L邸設(shè)備之間的參數(shù)差異，使室內(nèi)定位的精度進(jìn)一步提高。
[0035] 本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于各種L邸室內(nèi)定位系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0036] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步說明：
[0037] 圖1為本發(fā)明一種實(shí)施例的發(fā)明方法流程圖；
[0038] 圖2為本發(fā)明一種實(shí)施例的可見光通信原理示意圖；
[0039] 圖3為本發(fā)明L邸的朗伯傳輸模型示意圖；
[0040] 圖4為本發(fā)明L邸數(shù)量對(duì)定位的影響關(guān)系示意圖；
[0041] 圖5為本發(fā)明一種實(shí)施例的由Ξ個(gè)L邸得到Ξ條曲線的定位點(diǎn)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042] 需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可W相 互組合。
[0043] 如圖1所示，本發(fā)明采用調(diào)制燈光信號(hào)W區(qū)別不同的LED燈，利用部署在室內(nèi)的六 個(gè)Lm)燈，然后通過測量接收到的Lm)燈的光信號(hào)強(qiáng)度，合理的從中選出四組L邸燈作為發(fā)射 節(jié)點(diǎn)，從運(yùn)四組作為發(fā)射節(jié)點(diǎn)的L邸燈中，選擇其中Ξ個(gè)L抓燈，計(jì)算接收信號(hào)強(qiáng)度比RSSR并 由此確定一組目標(biāo)物體的坐標(biāo)。在室內(nèi)四組Lm)發(fā)射節(jié)點(diǎn)，只用其中3個(gè)Lm)燈去估計(jì)目標(biāo)物 體的坐標(biāo)，就可W得到C43 = 4組目標(biāo)物體的坐標(biāo)，然后將運(yùn)4組目標(biāo)物體坐標(biāo)估計(jì)，利用LED 到目標(biāo)物體的距離值進(jìn)行加權(quán)平均處理，算出最終目標(biāo)物體的坐標(biāo)。
[0044] 如圖2所示，一種基于RSSR的LED室內(nèi)定位系統(tǒng)，包括接收裝置和至少立個(gè)發(fā)射裝 置，所述發(fā)射裝置包括信號(hào)發(fā)生電路和L邸燈，所述信號(hào)發(fā)生電路的輸出端與L邸燈連接，所 述Ξ個(gè)發(fā)射裝置對(duì)應(yīng)的Ξ組Lm)燈部署在室內(nèi)天花板上的不同位置;所述接收裝置包括光 電探測器和信號(hào)處理電路，所述光電探測器用于接收每組Lm)燈的光信號(hào)，所述信號(hào)處理電 路用于分別記錄至少Ξ組Lm)燈的接收信號(hào)強(qiáng)度，并根據(jù)每組Lm)燈的位置信息和接收信號(hào) 強(qiáng)度信息，計(jì)算出光電探測器的位置。
[0045] 優(yōu)選的，所述信號(hào)發(fā)生電路包括依次連接的原始基帶信號(hào)模塊、信號(hào)處理與控制 模塊、調(diào)制模塊、偏置電路模塊，所述偏置電路模塊的輸入端連接有LE明E動(dòng)電源模塊。
[0046] 優(yōu)選的，所述信號(hào)處理電路包括解調(diào)模塊、信號(hào)處理與控制模塊、終端模塊，所述 解調(diào)模塊的輸入端與光電探測器的輸出端連接，所述解調(diào)模塊的輸出端與信號(hào)處理與控制 模塊連接，所述信號(hào)處理與控制模塊的輸出端與終端模塊的輸入端連接。
[0047] 優(yōu)選的，所述發(fā)射裝置有至少四組，所述信號(hào)處理電路用于執(zhí)行步驟:從四組LED 燈中，按照排列組合方式選擇其中Ξ個(gè)Lm)組，并根據(jù)每組Lm)燈的位置信息和接收信號(hào)強(qiáng) 度信息，初步計(jì)算出光電探測器的位置，并根據(jù)四組L邸燈到帶有探測器的距離值對(duì)四組初 步計(jì)算的光電探測器位置進(jìn)行加權(quán)平均處理得出最終光電探測器位置。
[0048] 優(yōu)選的，在室內(nèi)天花板上的不同位置部署至少六組Lm)燈，所述信號(hào)處理電路用于 從六組L邸燈中選擇接收信號(hào)強(qiáng)度最大的四組L邸燈執(zhí)行上述的步驟。
[0049] 一種基于RSSR的L邸室內(nèi)定位方法，包括步驟：
[0化0] S1，在室內(nèi)天花板上的不同位置部署至少Ξ組Lm)燈，所述每組Lm)燈分別發(fā)出具 有識(shí)別信息的光信號(hào)；
[0051] S2,利用光電探測器接收每組Lm)燈的光信號(hào)，分別記錄Ξ組Lm)燈的接收信號(hào)強(qiáng) 度；
[0052] S3,根據(jù)每組L邸燈的位置信息和接收信號(hào)強(qiáng)度信息，計(jì)算出光電探測器的位置。
[0053] 優(yōu)選的，所述步驟S3具體包括子步驟：
[0化4] S31，根據(jù)第一公式
[0化5]
[0056]計(jì)算Ξ組Lm)燈中每兩組Lm)燈的信號(hào)強(qiáng)度比，其中，Pri為光電探測器接收到第一 組L邸燈光信號(hào)的光功率、Pr2為光電探測器接收到第二組LED燈光信號(hào)的光功率、Pr3為光電 探測器接收到第Ξ組Lm)燈光信號(hào)的光功率，RSSR12為第一 Lm)燈和第二Lm)燈信號(hào)強(qiáng)度比， RSSR13為第一 L邸燈和第；1邸燈信號(hào)強(qiáng)度比，di、d2、d3為各L邸燈與探測器的直線距離； [0化7] S32,根據(jù)第二公式
[0化引
[0059] 計(jì)算出光電探測器的位置坐標(biāo)(x，y，0)，其中，（LEDlx，LEDly，h)是第一組L邸燈在 天花板上的坐標(biāo)，同樣的aED2x，LED2y，h)是LED2燈在天花板上的坐標(biāo)，（LED3x，LED3y，h) 是LED3燈在天花板上的坐標(biāo)。
[0060] 優(yōu)選的，其特征在于，
[0061] 所述步驟S1具體為:在室內(nèi)的不同位置部署至少四組L邸燈，
[0062] 所述每組L邸燈分別發(fā)出具有識(shí)別信息的光信號(hào)；
[0063] 所述方法還包括步驟：
[0064] S4,從四組Lm)燈中，按照排列組合方式選擇其中Ξ個(gè)Lm)組執(zhí)行所述步驟S2和步 驟S3得到對(duì)應(yīng)四組光電探測器位置；
[0065] S5,根據(jù)Lm)燈到帶有探測器的距離值對(duì)四組光電探測器位置進(jìn)行加權(quán)平均處理 得出最終光電探測器位置。
[0066] 優(yōu)選的，所述步驟S1具體包括子步驟：
[0067] S11，在室內(nèi)的不同位置部署至少六組Lm)燈，所述每組Lm)燈分別發(fā)出具有識(shí)別信 息的光信號(hào)；
[0068] S12,利用光電探測器接收每組L邸燈的光信號(hào)，分別記錄六組L邸燈的接收信號(hào)強(qiáng) 度，并選擇接收信號(hào)強(qiáng)度最大的四組L邸燈執(zhí)行步驟S4和S5。
[0069] 該實(shí)施例中，首先在5*5*3米(長5米，寬5米，高3米)的室內(nèi)部署六組L邸燈;然后通 過調(diào)制燈光信號(hào)W區(qū)別不同的白光L抓燈；（本實(shí)施例中，6組L抓燈節(jié)點(diǎn)的光照范圍和光強(qiáng) 等參數(shù)相同，每組L抓燈有4*4個(gè)L抓二極管組成，6組L抓燈經(jīng)過調(diào)制后，經(jīng)過調(diào)制后的可見 光頻率滿足條件為人眼看不到的閃爍。為了保證接收端能夠正確接收每個(gè)Lm)燈源數(shù)據(jù)信 息，精確的測量相應(yīng)的Lm)光源的光照強(qiáng)度而不被其他燈源干擾，本系統(tǒng)對(duì)各個(gè)Lm)燈源采 用時(shí)分多路復(fù)用的調(diào)整方式）。然后通過測量接收到的Lm)光信號(hào)強(qiáng)度，合理的從中選出四 組Lm)作為發(fā)射節(jié)點(diǎn)；從運(yùn)四組作為發(fā)射節(jié)點(diǎn)的Lm)中，按照排列組合方式選擇其中Ξ個(gè) LED,計(jì)算接收信號(hào)強(qiáng)度比RSSR并由此確定一組目標(biāo)物體的坐標(biāo)，選中的進(jìn)行定位的3組 LED，假設(shè)是LED1，L抓2，LED3，它們單獨(dú)發(fā)光時(shí)接收器接收到的光功率數(shù)值分別為Pri，Pr2， Pr3，，L邸燈的發(fā)光可W被描述為朗伯傳輸模型如圖3所示，探測器表面接收的光功率可W用 下式表示：
[0070]
[0071] 則由數(shù)學(xué)計(jì)算可得：
[0072]
[0073] 其中，Φ是光電探測器的接收角，F(xiàn)OV為探測器的視場角，假定接收角始終小于視場 角。Φι/2是Lm)的半功率半角，Φ為Lm)的發(fā)射角，d為Lm)與探測器的直線距離，h是Lm)燈與 光電探測器所在平面的距離，Pt是Lm)的發(fā)射功率，m為朗伯指數(shù)，Ar為探測器的有效面積，m 由Φ 1/2決定：
[0076] 則聯(lián)立運(yùn)兩個(gè)公式，可W求得目標(biāo)(光電探測器)位置的坐標(biāo)Χτ(Χτι，Υτι，0)。
[0077] 對(duì)于某個(gè)L邸燈遮擋程度越大，光電探測器接收到它的光照強(qiáng)度就越小，定位誤差 也越大，在完全遮擋情況下，定位節(jié)點(diǎn)處的光電探測器完全收不到信號(hào)，定誤差會(huì)變得無窮 大即無法定位。運(yùn)只是假設(shè)只有一個(gè)信號(hào)被遮擋，若兩個(gè)信號(hào)被遮擋誤差更大。
[0078] 其次，參照?qǐng)D4,如果僅使用3個(gè)定位光源導(dǎo)致定位節(jié)點(diǎn)(ΡΝ)在區(qū)域邊緣定位精度 下降。此外，當(dāng)信源被遮擋(例如，人走動(dòng))時(shí)，系統(tǒng)無法完成定位功能。當(dāng)Lm)數(shù)量從3個(gè)到6 組時(shí)，定位精度改善明顯，當(dāng)L抓數(shù)量超過6組時(shí)，其定位精度反而下降。其原因在于，L抓數(shù) 量增多，算法定位時(shí)可利用的冗余信息多，從而提高了定位精度;而當(dāng)Lm)數(shù)量進(jìn)一步增多 時(shí)，由時(shí)延估計(jì)的計(jì)算誤差引入的定位誤差也會(huì)隨之增大。折中考慮算法復(fù)雜度與性能指 標(biāo)，一般選擇6組Lm)燈進(jìn)行定位計(jì)算，運(yùn)就是為什么要引入6組L邸燈。引入6組Lm)燈可W有 效減少由于遮擋而引起的誤差，因?yàn)槿绻辰ML邸燈由于人的走動(dòng)而被遮擋，則光電探測器 接收到該LED燈的光照強(qiáng)度最小，則定位單元會(huì)擬棄該信號(hào)強(qiáng)度值。從而提高了定位的精度 和定位系統(tǒng)的穩(wěn)定性。光電探測器接收到的六組L抓燈的光照強(qiáng)度分別為Prl、Pr2、Pr3、Pr4、 Pr5、Pr6,在運(yùn)六個(gè)光照強(qiáng)度中，合理的從中選出光電探測器接收的最大的四組光照強(qiáng)度的 L邸燈作為發(fā)射節(jié)點(diǎn)，從運(yùn)四組作為發(fā)射節(jié)點(diǎn)的Lm)燈中，選擇其中Ξ組Lm)燈來定位目標(biāo)物 體。在室內(nèi)四組Lm)發(fā)射節(jié)點(diǎn)，只用其中3個(gè)組L邸去估計(jì)目標(biāo)物體的坐標(biāo)，就可W得到C43 = 4 組目標(biāo)物體的坐標(biāo)。
[0079] 然后將運(yùn)4組目標(biāo)物體坐標(biāo)估計(jì)，利用Lm)到目標(biāo)物體的距離值進(jìn)行加權(quán)平均處 理，算出最終目標(biāo)物體的坐標(biāo)。
[0080] 優(yōu)選地，各所述各組L邸燈的位置呈位于同一平面上。
[0081] 再次，由四組Lm)分別到目標(biāo)物體的距離構(gòu)成的圓，其中的圓中部分曲線Ξ條曲線 的定位點(diǎn)示意圖如圖5所示，在理想的沒有任何干擾的情況下，四組Lm)燈W各自分別到目 標(biāo)物體的距離的圓必交于一點(diǎn)。但是在實(shí)際的室內(nèi)定位中，由于環(huán)境等因素的影響，LED燈 W各自分別到待定位標(biāo)簽的距離的圓一般會(huì)相交于一個(gè)小的區(qū)域，如圖4所示，陰影區(qū)域中 的黑色物體就是我們要定位的目標(biāo)物體，目標(biāo)物體的位置在運(yùn)個(gè)陰影小區(qū)域范圍內(nèi)，陰影 小區(qū)域越小越精確，假設(shè)是由LED 1，L抓2，LED3，L抓4作為發(fā)射節(jié)點(diǎn)，從中選出Ξ個(gè)L抓燈計(jì) 算它們的光信號(hào)強(qiáng)度比從而算出目標(biāo)物體的坐標(biāo)。假設(shè)LED1和LED2之間的信號(hào)強(qiáng)度比表示 為RSSRi2，LED1和LED3之間的信號(hào)強(qiáng)度比表示為RSSR13,表則由式（1)可W推出關(guān)于接收光 信號(hào)強(qiáng)度比的關(guān)系式：
[0082]
[0083] 設(shè)目標(biāo)物體與兩個(gè)光源之間LED2和LED1的距離比cb/di為
[0084] Ri2,目標(biāo)物體與兩個(gè)光源之間LED3和LED1的距離比cb/di為Ri3，（LEDlx，LEDly，h) 是LED1燈在天花板上的坐標(biāo)，同樣的化抓2x，LED2y，h)是LED2燈在天花板上的坐標(biāo)， (LED3X，LED3y，h)是LED3燈在天花板上的坐標(biāo).目標(biāo)物體的坐標(biāo)為(X，y，0)因此可W得到下 面的公式：
[0085]
[0086] 兩個(gè)方程解兩個(gè)未知數(shù)，最后可W得到兩組x、y的解，其中一組解離陰影區(qū)域較遠(yuǎn) 把它濾掉，另一個(gè)點(diǎn)就在陰影區(qū)域上或在陰影區(qū)域內(nèi)則就是得到我們要定位的目標(biāo)物體的 坐標(biāo)。
[0087] 在室內(nèi)天花板上用4組Lm)燈作為發(fā)射端，只用其中3組Lm)燈去估計(jì)待定位的坐 標(biāo)，就可W得到C43 = 4組目標(biāo)物體的坐標(biāo)，然后將運(yùn)4組目標(biāo)物體的坐標(biāo)估計(jì)利用Lm)燈到帶 有光電探測器的目標(biāo)物體的距離值進(jìn)行加權(quán)平均處理，算出目標(biāo)物體的坐標(biāo)。假設(shè)用公式 (2)算的待定位標(biāo)簽坐標(biāo)是Τ1(Χτι，Υτι)，Τ2化2，￥了2)，了3他3^了3)，了4化4^了4)，然后將運(yùn)4組 目標(biāo)物體的坐標(biāo)估計(jì)利用Lm)燈到帶有光電探測器的目標(biāo)物體的距離值進(jìn)行加權(quán)平均處 理，算出Τ(Χτ，Υτ)的坐標(biāo)如下：
[008引
[0089] 如果不對(duì)運(yùn)4組進(jìn)行加權(quán)平均的話，如果其中某個(gè)點(diǎn)由于被障礙物遮擋而算出錯(cuò) 誤的坐標(biāo)，而我們又把它當(dāng)做我們測得的實(shí)際坐標(biāo)，運(yùn)樣就會(huì)產(chǎn)生誤差，所W最后用運(yùn)種加 權(quán)平均的算法，就是為了避免運(yùn)樣的誤差。運(yùn)種4組的加權(quán)平均的處理方法算出的最終坐 標(biāo)，會(huì)比用4組中的某一組坐標(biāo)當(dāng)最終坐標(biāo)，更準(zhǔn)確。
[0090] 本發(fā)明采用的是多個(gè)LED燈定位，在多個(gè)LED光源時(shí)，然后通過多次測量接收到的 L邸燈的光信號(hào)強(qiáng)度，多次測量可降低單次測量偏差的影響，減小位置估算的誤差。
[0091] 另外，本發(fā)明合理的從中選出四組Lm)燈作為發(fā)射節(jié)點(diǎn)，從運(yùn)四組作為發(fā)射節(jié)點(diǎn)的 L邸燈中，選擇其中Ξ個(gè)Lm)燈定位。運(yùn)樣做，當(dāng)在六個(gè)L邸燈中，有部分Lm)燈不可用時(shí)，仍能 實(shí)現(xiàn)定位，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。然后通過測量接收到的Lm)光信號(hào)強(qiáng)度，計(jì)算接收信號(hào)強(qiáng)度 比RSSR并由此確定目標(biāo)物體的位置。與單純接收信號(hào)強(qiáng)度定位方案相比，該方案調(diào)制方法 簡便，降低了節(jié)點(diǎn)對(duì)硬件的要求，大大減少了數(shù)據(jù)的傳輸量和計(jì)算量，縮短了定位時(shí)間，降 低了能耗，并且能夠消除不同L邸設(shè)備之間的參數(shù)差異，使室內(nèi)定位的精度進(jìn)一步提高。
[0092] 本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于各種L邸室內(nèi)定位系統(tǒng)。
[0093] W上是對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施進(jìn)行了具體說明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實(shí)施 例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可做作出種種的等同變形或替 換，運(yùn)些等同的變形或替換均包含在本申請(qǐng)權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于RSSR的LED室內(nèi)定位方法，其特征在于，包括步驟： S1，在室內(nèi)天花板上的不同位置部署至少三組LED燈，所述每組LED燈分別發(fā)出具有識(shí) 別信息的光信號(hào)； 52, 利用光電探測器接收每組LED燈的光信號(hào)，分別記錄三組LED燈的接收信號(hào)強(qiáng)度； 53, 根據(jù)每組LED燈的位置信息和接收信號(hào)強(qiáng)度信息，計(jì)算出光電探測器的位置。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于RSSR的LED室內(nèi)定位方法，其特征在于，所述步驟S3 具體包括子步驟： S31，根據(jù)第一公式計(jì)算三組LED燈中每兩組LED燈的信號(hào)強(qiáng)度比，其中，Prl為光電探測器接收到第一組LED 燈光信號(hào)的光功率、Pr2為光電探測器接收到第二組LED燈光信號(hào)的光功率、Pr3為光電探測 器接收到第三組LED燈光信號(hào)的光功率，RSSR 12為第一 LED燈和第二LED燈信號(hào)強(qiáng)度比， RSSR13為第一 LED燈和第三LED燈信號(hào)強(qiáng)度比，Hcb為各LED燈與探測器的直線距離，m為 朗伯指數(shù)； S32,根據(jù)第二公式計(jì)算出光電探測器的位置坐標(biāo)(X，y，〇)，其中，（LED 1X，LEDly，h)是第一組LED燈在天花 板上的坐標(biāo)，同樣的（LED2x，LED2y，h)是LED2燈在天花板上的坐標(biāo)，（LED3x，LED3y，h)是 LED3燈在天花板上的坐標(biāo)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于RSSR的LED室內(nèi)定位方法，其特征在于， 所述步驟S1具體為:在室內(nèi)的不同位置部署至少四組LED燈， 所述每組LED燈分別發(fā)出具有識(shí)別信息的光信號(hào)； 所述方法還包括步驟： 54, 從四組LED燈中，按照排列組合方式選擇其中三個(gè)LED組執(zhí)行所述步驟S2和步驟S3 得到對(duì)應(yīng)四組光電探測器位置； 55, 根據(jù)LED燈到帶有探測器的距離值對(duì)四組光電探測器位置進(jìn)行加權(quán)平均處理得出 最終光電探測器位置。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于RSSR的LED室內(nèi)定位方法，其特征在于，所述步驟S1 具體包括子步驟： S11，在室內(nèi)的不同位置部署至少六組LED燈，所述每組LED燈分別發(fā)出具有識(shí)別信息的 光信號(hào)； S12,利用光電探測器接收每組LED燈的光信號(hào)，分別記錄六組LED燈的接收信號(hào)強(qiáng)度， 并選擇接收信號(hào)強(qiáng)度最大的四組LED燈執(zhí)行步驟S4和S5。5. -種基于RSSR的LED室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于，包括接收裝置和至少三個(gè)發(fā)射裝 置，所述發(fā)射裝置包括信號(hào)發(fā)生電路和LED燈，所述信號(hào)發(fā)生電路的輸出端與LED燈連接，所 述三個(gè)發(fā)射裝置對(duì)應(yīng)的三組LED燈部署在室內(nèi)天花板上的不同位置;所述接收裝置包括光 電探測器和信號(hào)處理電路，所述光電探測器用于接收每組LED燈的光信號(hào)，所述信號(hào)處理電 路用于分別記錄至少三組LED燈的接收信號(hào)強(qiáng)度，并根據(jù)每組LED燈的位置信息和接收信號(hào) 強(qiáng)度信息，計(jì)算出光電探測器的位置。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于RSSR的LED室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)發(fā) 生電路包括依次連接的原始基帶信號(hào)模塊、信號(hào)處理與控制模塊、調(diào)制模塊、偏置電路模 塊，所述偏置電路模塊的輸入端連接有LED驅(qū)動(dòng)電源模塊。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于RSSR的LED室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)處 理電路包括解調(diào)模塊、信號(hào)處理與控制模塊、終端模塊，所述解調(diào)模塊的輸入端與光電探測 器的輸出端連接，所述解調(diào)模塊的輸出端與信號(hào)處理與控制模塊連接，所述信號(hào)處理與控 制模塊的輸出端與終端模塊的輸入端連接。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于RSSR的LED室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射裝 置有至少四組，所述信號(hào)處理電路用于執(zhí)行步驟:從四組LED燈中，按照排列組合方式選擇 其中三個(gè)LED組，并根據(jù)每組LED燈的位置信息和接收信號(hào)強(qiáng)度信息，初步計(jì)算出光電探測 器的位置，并根據(jù)四組LED燈到帶有探測器的距離值對(duì)四組初步計(jì)算的光電探測器位置進(jìn) 行加權(quán)平均處理得出最終光電探測器位置。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于RSSR的LED室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于，在室內(nèi)天花 板上的不同位置部署至少六組LED燈，所述信號(hào)處理電路用于從六組LED燈中選擇接收信號(hào) 強(qiáng)度最大的四組LED燈執(zhí)行權(quán)利要求8中所述的步驟。
【文檔編號(hào)】G01C21/00GK105823477SQ201610132491
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年3月9日
【發(fā)明人】周國富, 王金花, 羅智杰, 張偉男
【申請(qǐng)人】深圳市國華光電研究院, 深圳市國華光電科技有限公司, 華南師范大學(xué)