本發(fā)明涉及基于MLED-RSSI的室內(nèi)可見光定位方法及系統(tǒng)，屬于室內(nèi)定位技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

常見的可見光定位技術(shù)主要是基于三邊定位算法，該算法需要估算接收端和發(fā)射端的距離。有很多方法可以實(shí)現(xiàn)測(cè)距如RSSI、TOA、TDOA、AOA等。AOA技術(shù)可以達(dá)到很好的精度估算，但是在接收端需要部署很多圖像傳感器陣列，價(jià)格非常昂貴。室內(nèi)環(huán)境，發(fā)射端和接收端的距離較短導(dǎo)致光信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)間很短，因此對(duì)發(fā)射端和接收端的時(shí)鐘精度和同步要求很高，使得TOA和TDOA技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)。綜合考慮技術(shù)難度和技術(shù)成本，采用RSSI技術(shù)是目前可見光室內(nèi)定位的主要解決方案之一。采用RSSI技術(shù)的可見光室內(nèi)定位系統(tǒng)中，主要利用3個(gè)光源作為發(fā)射機(jī)，分別發(fā)射不同的載波信號(hào)，接收端根據(jù)接收到的信號(hào)強(qiáng)度估計(jì)接收端與發(fā)射端的距離，然后利用三邊定位算法，推算出接收端的位置坐標(biāo)。

實(shí)際上，僅利用3個(gè)光源進(jìn)行定位是有一定局限性的，假設(shè)房間內(nèi)不存在任何物體遮擋時(shí)，得到的定位精度還是較為理想的。但是當(dāng)用于定位的3個(gè)LED中存在某個(gè)LED發(fā)出的光信號(hào)被室內(nèi)固定物體或人移動(dòng)時(shí)遮擋了，這時(shí)接收端接收到該LED的信號(hào)強(qiáng)度會(huì)大大減弱，這樣估算的LED到接收端的距離就會(huì)與真實(shí)距離有很大誤差，最終會(huì)嚴(yán)重影響定位的精度。此外，僅采用3個(gè)定位光源時(shí)，當(dāng)接收端在房間邊緣區(qū)域移動(dòng)時(shí)，定位的精度會(huì)下降?？偟膩碚f，在室內(nèi)僅采用3個(gè)光源進(jìn)行定位，會(huì)存在遮擋問題和邊緣定位誤差大問題，這些問題都會(huì)影響到室內(nèi)定位的精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供基于MLED-RSSI的室內(nèi)可見光定位方法及系統(tǒng)，有效解決了遮擋問題和邊緣定位誤差大問題，使室內(nèi)定位精度得到了提高。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

基于MLED-RSSI的室內(nèi)可見光定位方法，包括如下步驟：

步驟1，根據(jù)室內(nèi)空間尺寸大小和單個(gè)LED光源的輻射范圍，在室內(nèi)布置m個(gè)LED光源作為發(fā)射端，m為大于4的正整數(shù)；

步驟2，n個(gè)LED光源向接收端發(fā)射頻率不同的信號(hào)，接收端對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行遮擋衰減處理，得到各信號(hào)對(duì)應(yīng)的遮擋衰減系數(shù)，排除遮擋衰減系數(shù)小于0.5的LED光源，保留遮擋衰減系數(shù)大于等于0.5的LED光源及對(duì)應(yīng)的ID號(hào)；

步驟3，將保留下來的LED光源利用組合原理每三個(gè)組成一個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用如下兩個(gè)原則從組成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中選出最優(yōu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：原則一，每個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，三個(gè)LED光源不共線；原則二，每個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，三個(gè)LED光源構(gòu)成一銳角三角形；

步驟4，根據(jù)步驟3得到的最優(yōu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中三個(gè)光源的ID號(hào)得到三個(gè)光源的坐標(biāo)信息，利用三個(gè)光源的坐標(biāo)信息進(jìn)行三邊定位算法，得到接收端的位置坐標(biāo)。

作為本發(fā)明方法的一種優(yōu)選方案，步驟2所述遮擋衰減系數(shù)的計(jì)算公式為：

H＝P′_RF/P_RF

其中，H為遮擋衰減系數(shù)，P′_RF為接收到的實(shí)際射頻功率，P_RF為無遮擋情況下接收到的射頻功率。

作為本發(fā)明方法的一種優(yōu)選方案，步驟2所述遮擋衰減系數(shù)的范圍為0到1，其中，0表示完全遮擋，1表示不存在遮擋。

基于MLED-RSSI的室內(nèi)可見光定位系統(tǒng)，包括發(fā)射端和接收端，所述發(fā)射端包括m個(gè)LED光源，每個(gè)LED光源包括信號(hào)發(fā)生器、LED驅(qū)動(dòng)電路和LED燈，接收端包括遮擋情況處理單元、最優(yōu)定位拓?fù)鋬?yōu)化單元、三邊定位單元；

每個(gè)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生不同頻率的載波，通過LED驅(qū)動(dòng)電路發(fā)射到接收端，LED驅(qū)動(dòng)電路與LED燈連接；

遮擋情況處理單元對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行遮擋衰減處理，得到各信號(hào)對(duì)應(yīng)的遮擋衰減系數(shù)，排除遮擋衰減系數(shù)小于0.5的LED光源，保留遮擋衰減系數(shù)大于等于0.5的LED光源及對(duì)應(yīng)的ID號(hào)，并傳送至最優(yōu)定位拓?fù)鋬?yōu)化單元；

最優(yōu)定位拓?fù)鋬?yōu)化單元將保留下來的LED光源每三個(gè)組成一個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用如下兩個(gè)原則從組成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中選出最優(yōu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：原則一，每個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，三個(gè)LED光源不共線；原則二，每個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，三個(gè)LED光源構(gòu)成一銳角三角形；

三邊定位單元根據(jù)得到的最優(yōu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中三個(gè)光源的ID號(hào)得到三個(gè)光源的坐標(biāo)信息，利用三個(gè)光源的坐標(biāo)信息進(jìn)行三邊定位算法，得到接收端的位置坐標(biāo)。

作為本發(fā)明系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述接收端還包括顯示電路，顯示電路與三邊定位單元連接，用于顯示接收端的位置坐標(biāo)。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

本發(fā)明采用多個(gè)LED作為發(fā)射機(jī)，有效提高了室內(nèi)定位的精度，尤其是提高了室內(nèi)邊緣區(qū)域的定位精度，有效地解決了遮擋問題，提高了定位算法的可靠性、穩(wěn)定性和適用性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明基于MLED-RSSI的室內(nèi)可見光定位方法的流程示意圖。

圖2是本發(fā)明基于MLED-RSSI的室內(nèi)可見光定位系統(tǒng)的原理示意框圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，所述實(shí)施方式的示例在附圖中示出。下面通過參考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。

本發(fā)明提出了一種利用多個(gè)LED發(fā)射端實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位的方法，即MLED-RSSI定位算法。結(jié)合室內(nèi)照明LED布局實(shí)際情況，在充分考慮遮擋效應(yīng)和LED布局拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)定位性能影響的基礎(chǔ)上，利用最優(yōu)化方法從多個(gè)LED中合理地選取3個(gè)LED用于三邊定位，采用本發(fā)明提出來的改進(jìn)方法來獲得更高的定位精度。

根據(jù)房間的空間尺寸大小和單個(gè)LED光源的輻射范圍，合理規(guī)劃LED布局和數(shù)目。主要就是LED選取準(zhǔn)則的設(shè)計(jì)，在多個(gè)LED條件下，可供選擇的LED組合數(shù)很多，假設(shè)房間內(nèi)一共有m(m>4)個(gè)LED，則一共有種組合數(shù)。首先在接收端對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行遮擋衰減處理，定義一個(gè)遮擋衰減系數(shù)H，用來表示某個(gè)LED發(fā)射信號(hào)被遮擋的程度，計(jì)算出所有發(fā)射端的H值大小，篩選出H較大的LED用于接下來的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)最優(yōu)化過程。最優(yōu)化的過程，主要就是基于三邊定位算法的基本思想，提出兩個(gè)原則，首先是3個(gè)LED不拓?fù)涔簿€原則，當(dāng)3個(gè)LED共線時(shí)，利用三邊定位算法解方程時(shí)，方程無解，也就無法進(jìn)行定位。第二個(gè)原則是進(jìn)行定位的3個(gè)LED構(gòu)成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)盡量是銳角三角形，相關(guān)文獻(xiàn)已經(jīng)證明銳角三角形定位性能較好，鈍角三角形定位誤差最大。m個(gè)LED的位置坐標(biāo)都是固定已知的，利用兩大原則進(jìn)行算法設(shè)計(jì)，從篩選出來的LED中選取最優(yōu)的3個(gè)LED進(jìn)行三邊定位，從而提高室內(nèi)定位的精度。

如圖1所示，本發(fā)明基于MLED-RSSI的室內(nèi)可見光定位方法的流程示意圖，具體步驟如下。

步驟一：為了在接收端能夠正確區(qū)分開不同發(fā)射端發(fā)射出的信號(hào)，利用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生多個(gè)頻率不同的載波，分別加載到不同的LED上。將LED的位置信息編碼成LED的ID號(hào)，每個(gè)LED具有唯一的ID號(hào)，通過圖2中的LED驅(qū)動(dòng)電路將信息發(fā)射出去。如圖2所示，為基于MLED-RSSI的室內(nèi)可見光定位系統(tǒng)的原理示意框圖。

發(fā)射端采用多個(gè)LED，LED數(shù)目大于4，接收端增加遮擋情況處理、最優(yōu)定位拓?fù)鋬?yōu)化和三邊定位三個(gè)單元，主要是為了選取最優(yōu)的3個(gè)LED進(jìn)行三邊定位，從而提高室內(nèi)定位的精度。

步驟二：在接收端，引入遮擋衰減系數(shù)H來描述由于遮擋導(dǎo)致接收功率下降的程度，H越小表示遮擋越嚴(yán)重，若P_RF表示無遮擋情況下接收到射頻功率，接收到端可以測(cè)量出實(shí)際射頻功率P_RF'，因此H就是P_RF'與P_RF的比值。當(dāng)H為0時(shí)表示完全遮擋，H為1時(shí)表示不存在任何遮擋，即最理想情況，通常取0.5作為光源篩選參考值。在圖2接收端遮擋情況處理單元中，計(jì)算出所有發(fā)射端的H值，排除掉H很小的發(fā)射端，留下H值較大的發(fā)射端，并得到H較大的發(fā)射端的ID號(hào)。

步驟三：在圖2最優(yōu)定位拓?fù)鋬?yōu)化單元中，將篩選出的發(fā)射端每三個(gè)組成各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用兩個(gè)原則，首先是3個(gè)LED不拓?fù)涔簿€原則，第二個(gè)原則是進(jìn)行定位的3個(gè)LED構(gòu)成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)盡量是銳角三角形，進(jìn)行最優(yōu)化算法設(shè)計(jì)，因?yàn)樗邪l(fā)射端的位置坐標(biāo)都已知，可以得到最優(yōu)的3個(gè)LED組成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。假設(shè)為LEDi、LEDj、LEDk，然后根據(jù)ID號(hào)得到3個(gè)LED的坐標(biāo)信息。

步驟四：得到最優(yōu)化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)后，利用LEDi、LEDj、LEDk的坐標(biāo)信息，進(jìn)行三邊定位算法處理，得到接收端的位置坐標(biāo)(x，y)，可以利用顯示電路來顯示最終的定位坐標(biāo)。

以上實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。