一种基于多LED光源定位的方法技术

一种基于多LED光源定位的方法，涉及LED光通信和室内定位应用领域，包括接收端同时接收多个参考LED发送的光信号，得出多个LED到接收端的估算距离，经修正得到修正距离；选取修正距离最近的三个LED进行三角定位，初步估计接收端的估算坐标；根据各LED到接收端的修正距离计算权重；从临近坐标中选取最大似然估计最优时对应的坐标点；判断最大似然估计最优时对应的坐标是否在临近点选取区间的内部，若是，该临近坐标为接收端的最优估算坐标；本方法有助于降低测量偏差的影响，减小位置估算的误差，提高测量的健壮性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多LED光源定位的方法
本专利技术涉及LED光通信和室内定位应用领域，具体来讲涉及一种基于多LED光源定位的方法。
技术介绍
LED(LightingEmittingDiode，发光二极管)被称为第四代照明光源或绿色光源，在提供室内照明的同时还可应用于无线光通信系统中。基于LED的室内定位是一个潜力巨大的应用方向，LED定位通常采用基于RSS(ReceivedSignalPower，接收信号功率)和三角几何方法进行定位。由于LED通信系统具有光无线通信的特点，在视距通信(LOS)条件和发送接收角对准情况下，接收信号光功率公式满足：其中d为发射节点到接收节点之间的距离，n为路径损耗指数，与周围的环境有关，表示功率随距离增加衰减的快慢；X为平均值为0的高斯分布随机变量，d0为发射节点到接收节点之间的参考距离，通常取1米；Pr(d0)表示在参考距离为d0时测得的功率。根据上述公式，光功率随通信距离的增加而线性减小，接收功率和距离的关系可用对数曲线表示，确定这种对应关系后，测得接收信号功率即可确定发射和接收间的距离。根据三角几何原理，接收端测量出到三个位置已知的独立信源的距离，即可定位得出接收端的位置。由于接收光功率通常会受到光源的亮度、信号光的散射和反射、光发送接收角等因素影响，接收光功率的波动以及测量误差会影响估算距离以及最后的定位结果。当探测距离近时，微小的距离变化导致显著的接收功率变化，因此通常选择探测距离最近、接收功率最大的三个点进行三点定位。但仅基于三点定位时，测量功率的误差会直接影响方程的求解；而且如果距离最近三点中的某一点不可用时，则选择的参考点并非最优，也无法精确估算距离。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于多LED光源定位的方法，降低测量偏差的影响，减小位置估算的误差。为达到以上目的，本专利技术采取一种基于多LED光源定位的方法，基于接收端和多个使用LED作为光源的发射端，包括步骤：S1.接收端同时接收来自多个参考LED发送的可见光信号；接收端探测各LED的发送信号功率，根据功率-距离对应曲线得出各LED到接收端的估算距离；S2.对LED有发射角和接收角的估算距离进行修正，得到修正距离，修正距离的计算公式为其中dei为S1中的估算距离，dci为估算距离的修正距离，当多个LED为蜂窝布置在同一平面时，M为LED最小间距，h为接收端到LED所在平面的垂直距离，n为修正系数；选取修正距离最近的三个LED进行三角定位，初步估计接收端的估算坐标；S3.根据各LED到接收端的修正距离计算权重；S4.选取估算坐标附近的多个坐标点，设估算坐标为(xe，ye，ze)，附近的坐标点为(xj，yk，ze)，附近的坐标点满足xj＝xe+j*step，yk＝ye+k*step，-L≤j，k≤L，其中L为正整数，step为偏移的步长，将多个所述坐标点的坐标分别带入计算得到对应S值，选取最小S值对应的坐标点，其中N为参考LED的个数，αi为权重，dci为第i个LED到接收端的修正距离；S5.判断最小S值对应的坐标是否在附近坐标点选取区间的内部，若否，进入S6；若是，进入S7；S6.将该最小S值对应的坐标作为新的估算坐标，跳转到S4；S7.该最小S值对应的坐标为最优接收端估算坐标。在上述技术方案的基础上，所述发射端，多个LED在照明区域呈蜂窝状排布在同一个平面内。在上述技术方案的基础上，所述功率-距离对应曲线由实际测量或经验获得。在上述技术方案的基础上，所述S2中，假定修正距离最近的三个LED坐标X＝(xi，yi，zi)，i＝1,2,3，接收端的估算坐标为(xe，ye，ze)，则有当z1＝z2＝z3时，得到AX＝B，其中则在上述技术方案的基础上，所述S3中，通过计算权重αi，其中，满足dci为修正距离，dck表示dc1～dcN中任意一个。本专利技术的有益效果在于：通过综合对多个LED光源的测距估算结果，降低测量偏差的影响，减小位置估算的误差。本方法降低了到单个LED测距误差对结果的影响，而且采用多个LED作为定位参考，当部分LED不可用时仍能实现定位，提高系统的健壮性。附图说明图1为本专利技术实施例基于多LED光源定位的方法流程图。具体实施方式以下结合附图及实施例对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术的发送端使用多个LED作为光源，当选取N个参考LED进行测距时，假设接收端到第i个参考LED的估算距离经修正后为dci，且1＜i＜N，该LED的坐标为(xi，yi，zi)，则接收端的估算坐标(xe，ye，ze)应满足：当i取N个值时，可以得到N个方程，联立N个方程不能求解出接收端的估算坐标(xe，ye，ze)，但存在一个最优(xe，ye，ze)使估算坐标到各参考LED的距离都较为接近，根据最大似然估计，定义其中αi为权重，满足且αm/αn＝dn/dm(m≠n)，1＜m＜N，1＜n＜N，即离参考点i更近，则αi具有更大的权重。当估算坐标(xe，ye，ze)的取值使得S最小时，认为此时估算坐标(xe，ye，ze)到所有参考LED的距离都比较接近，是最优解。基于以上原理，本专利技术实施例基于多LED光源定位的方法，为使定位的效果最优，多个LED在照明区域呈蜂窝状排布在一个平面内，如图1所示，具体包括如下步骤：S1.接收端同时接收来自N个LED发送的可见光信号，其中N＞3。接收端探测各LED的发送信号功率，根据功率-距离对应曲线得出各LED到接收端的估算距离dei。所述功率-距离对应曲线可以根据实际测量或经验获得，在LED发射角和接收端接收角都为0的条件下，功率和距离的关系基本满足对数曲线关系。S2.对LED有发射角和接收角的估算距离dei进行修正，得到修正距离dci。修正距离dci的计算公式为：当多个LED为蜂窝布置时，L为LED最小间距，h为接收端到LED所在平面的垂直距离，n为修正系数。选取修正距离dci最近的三个LED进行三角定位，初步估计接收端的估算坐标(xe，ye，ze)。假定修正距离dci最近的三个LED坐标X＝(xi，yi，zi)，(i＝1,2,3)，接收端测得坐标为(xe，ye，ze)，则有：当z1＝z2＝z3时，得到AX＝B，其中：则S3.根据各LED到接收端的修正距离dci计算权重αi，其中，dck表示dc1～dcN中任意一个。S4.选取估算坐标(xe，ye，ze)附近的多个坐标点(xj，yk，ze)，附近的坐标点满足：xj＝xe+j*step(-L≤j，k≤L)，yk＝ye+k*step(-L≤j，k≤L)，其中L为正整数，step为偏移的步长，将多个坐标点(xj，yk，ze)分别带入公式(2)，计算得到对应S值，选取最小S值对应的坐标点(xj，yk，ze)。S5.判断最小S值对应的坐标点是否在附近坐标点选取区间的内部，即，是否满足|xj-xe|＜L*step，|yj-ye|＜L*step，若否，进入S6；若是，进入S7。S6.说明最小S值对应的坐标点(xj，yk，ze)不在选取区间的内部，将该最小S值对应的坐标点作为新的估算坐标，跳转到S4。S7.说明最小S值对应的坐标点(xj，yk，ze)在选取区间的内部，该坐标点(xj，yk，ze)为最优接收端估算坐标。本专利技术不局限于上述实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多LED光源定位的方法，基于接收端和多个使用LED作为光源的发射端，其特征在于，包括步骤：S1.接收端同时接收来自多个参考LED发送的可见光信号；接收端探测各LED的发送信号功率，根据功率‑距离对应曲线得出各LED到接收端的估算距离；S2.对LED有发射角和接收角的估算距离进行修正，得到修正距离；选取修正距离最近的三个LED进行三角定位，初步估计接收端的估算坐标；S3.根据各LED到接收端的修正距离计算权重；S4.选取估算坐标附近的多个坐标点，设估算坐标为(xe，ye，ze)，附近的坐标点为(xj，yk，ze)，附近的坐标点满足xj＝xe+j*step，yk＝ye+k*step(‑L≤j，k≤L)，其中L为正整数，step为偏移的步长，将多个所述坐标点的坐标分别带入S=Σi=1Nαi((xe-xi)2+(ye-yi)2+(ze-zi)2-dci),]]>计算得到对应S值，选取最小S值对应的坐标点，其中N为参考LED的个数，αi为权重，dci为第i个LED到接收端的修正距离；S5.判断最小S值对应的坐标点是否在附近坐标点选取区间的内部，若否，进入S6；若是，进入S7；S6.将该最小S值对应的坐标作为新的估算坐标，跳转到S4；S7.该最小S值对应的坐标为最优接收端估算坐标。...

【技术特征摘要】
1.一种基于多LED光源定位的方法，基于接收端和多个使用LED作为光源的发射端，其特征在于，包括步骤：S1.接收端同时接收来自多个参考LED发送的可见光信号；接收端探测各LED的发送信号功率，根据功率-距离对应曲线得出各LED到接收端的估算距离；S2.对LED有发射角和接收角的估算距离进行修正，得到修正距离，修正距离的计算公式为其中dei为S1中的估算距离，dci为估算距离的修正距离，当多个LED为蜂窝布置在同一平面时，M为LED最小间距，h为接收端到LED所在平面的垂直距离，n为修正系数；选取修正距离最近的三个LED进行三角定位，初步估计接收端的估算坐标；S3.根据各LED到接收端的修正距离计算权重；S4.选取估算坐标附近的多个坐标点，设估算坐标为(xe，ye，ze)，附近的坐标点为(xj，yk，ze)，附近的坐标点满足xj＝xe+j*step，yk＝ye+k*step，-L≤j，k≤L，其中L为正整数，step为偏移的步长，将多个所述坐标点的坐标分别带入计算得到对应S值，选取最小S值对应的坐标点，其中N为参考LED的个数，αi为权重，dci为第i个LED到接收端的修正距离；S5.判断最小S值对应的坐标点是否在附近坐标点选取区间的内部，若否，进入...

【专利技术属性】
技术研发人员：芮谷峰，刘武，杨奇，
申请(专利权)人：武汉邮电科学研究院，
类型：发明
国别省市：湖北;42