当前位置: 首页 > 专利查询>北京大学专利>正文

一种可见光定位方法、系统和装置制造方法及图纸

技术编号:15327680 阅读:207 留言:0更新日期:2017-05-16 11:45
本发明专利技术涉及一种可见光定位方法、系统和装置,该定位方法包括:多个发射机;各发射机产生包含定位报文的定位信号,并由LED发射携带定位信号的光信号,其中定位报文包含发射机的空间位置信息、LED的发光强度信息以及LED发光光束分布特性;接收机接收光信号,将光信号转换为电信号,解调出定位报文,根据LED的发光强度、接收的信号强度以及LED发光光束分布特性,得到接收机与发射机之间的低精度距离值;解调出所接收信号的载波相位,利用低精度距离值消除载波相位的整周模糊,利用消除了整周模糊的相位信息计算出发射机和接收机之间的高精度距离值;基于各发射机的空间位置信息及接收机与不同发射机之间的高精度距离值计算出接收机的位置信息。

Visible light positioning method, system and device

The invention relates to a system and a device for visible light positioning method, including the positioning method: a plurality of transmitters; each transmitter generates positioning signal containing location message, and optical signal emitted by the LED portable positioning signal, the spatial location, location of the LED transmitter message contains information and the luminescence intensity of LED light beam distribution characteristics; receiver optical signal, the optical signals are converted to electrical signals, demodulates the location message, according to LED, the luminescence intensity of received signal strength and the LED light beam distribution, low accuracy of distance between transmitter and receiver; demodulates the carrier phase of the received signal, using low precision distance to eliminate carrier the phase ambiguity, eliminate the ambiguity of the use of phase information between transmitter and receiver of high precision distance The position information of the receiver is calculated based on the spatial position information of each transmitter and the high precision distance between the receiver and the different transmitters.

【技术实现步骤摘要】
一种可见光定位方法、系统和装置
本专利技术涉及可见光定位技术,更具体地涉及一种可见光定位方法、系统和装置。
技术介绍
随着机场、车站、购物中心等大型室内场馆的建设以及机器人技术的高速发展,室内定位的需求也持续增长。现有Wi-Fi、蓝牙等室内定位技术大多采用无线射频技术,在室内复杂的环境中,受多径效应干扰,定位误差较大。白光发光二极管(LED)相比于传统光源具有更高的发光效率,是新一代的绿色节能照明设备,目前正逐步成为主要的照明光源。可见定位利用新的白光频谱资源,将定位信号加载至室内照明白光LED上,通过光照强度的变化来进行数据传输;在接收端,通过光电转换后获取定位信号,经过解算之后可解得接收机的位置。可见光定位无需新的电磁频谱许可,也不会引入对其他设备的电磁干扰,室内多径反射信号较弱,可以达到很高的定位精度。目前存在几种可见光定位方法:采用指纹匹配技术的可见光定位方法、采用图像传感器的可见光定位方法和利用接收信号强度的定位方法等。此外,测量光信号在发射机与接收机之间的传播时间,一般采用精确测量接收机与发射机之间的载波相位差,可以实现高精度的定位。但在测量载波相位时,载波相位与本地基准相位之间相位差会有整数个未知周期,通常被称作整周模糊,需要通过特定方法确定该未知整数周期。相比于现在可见光定位技术,测量到达时间的方法不直接依赖于接收机接收到的光功率的大小,当LED老化衰减,发光能量空间分布模型不理想时不会对定位精度产生影响。因此,如何消除整周模糊,更精确且低成本地进行可见光定位,是本专利技术亟待要解决的技术问题。
技术实现思路
为使室内可见光定位达到更高的定位精度,本专利技术提供了一种基于白光LED可见光信号传播的可见光定位方法、定位系统和定位装置。该方法采用两步定位方法,首先利用接收信号强度的方法粗略测得收发机之间的距离,第二步基于光信号载波相位测量收发机之间载波信号的相位差,利用第一步粗略的测量结果,可以消除第二步测量中的整周模糊,得到精确的定位结果。为了达到上述目的,根据本专利技术的一方面,提供一种可见光定位方法,该方法包括以下步骤:发光步骤,各发射机的LED发出光信号;低精度距离确定步骤,接收机接收所述光信号,根据LED的发光强度、接收到的光信号强度以及LED发光光束分布特性,得到接收机与发射机之间的低精度距离值;高精度距离确定步骤,解调出所接收的信号的载波相位,利用低精度距离值消除载波相位的整周模糊,并利用消除了整周模糊的相位信息计算出发射机和接收机之间的高精度距离值;定位步骤,基于接收机与不同发射机之间的高精度距离值以及各发射机的空间位置信息计算接收机的位置信息。优选地,所述LED的发光强度、LED发光光束分布特性以及各发射机的空间位置信息预先存储在所述接收机中。优选地,所述LED的发光强度、LED发光光束分布特性以及各发射机的空间位置包含在LED发出的光信号中;所述方法还包括以下步骤:定位信号产生步骤:各发射机产生包含定位报文的定位信号,用该定位信号调制LED的发光强度,以使得LED在发光步骤中发射携带定位信号的光信号,其中,所述定位报文包含发射机的空间位置信息、LED发光强度信息以及LED发光光束分布特性;以及解调步骤,接收机将接收的光信号转换为电信号,并解调出定位报文。优选地,所述定位报文还可包含信号发送时间。优选地,所述定位信号为定位报文叠加有伪随机序列并调制载波信号。优选地,所述LED发光光束分布特性由如下公式表达:Pr=Pt·α·D-m其中,Pt为发射机发出的光信号功率,Pr为接收机接收的光信号功率,α为常数,D为接收机与发射机之间的距离,m为与LED的光束角特性有关的空间衰减因子;所述得到接收机与发射机之间的低精度距离值的步骤包括基于所述公式计算D值,将计算出的D值作为所述低精度距离值。优选地,所述计算光信号在发射机与接收机之间的传播时间的步骤包括:根据公式来利用所述低精度距离值计算整周模糊值,其中,λ为接收信号的载波波长,[]为取整符号;基于所接收信号的载波相位和所述整周模糊值利用如下公式得到所述传播距离:其中,f为载波信号频率,为所接收信号的载波相位,ΔN为所述整周模糊值,c为光速。根据本专利技术的另一方面,还提供一种可见光定位系统,该系统包括:多个发射机以及接收机;各发射机包括:LED,其用于发出的光信号;LED驱动电路,用于驱动所述ELD灯;所述接收机包括:光电转换模块,用于接收所述光信号,将接收的光信号转换为电信号;信号处理模块,用于根据LED的发光强度、接收到的光信号强度以及LED发光光束分布特性,得到接收机与发射机之间的低精度距离值,利用所接收信号的载波相位和低精度距离值计算光信号在发射机与接收机之间的高精度距离值,从而根据各发射机的空间位置信息以及接收机与不同发射机之间的高精度距离值计算出接收机的位置信息。优选地,各发射机还包括:定位信号发生器,用于产生包含定位报文的定位信号,所述定位报文包含发射机的空间位置信息、LED的发光强度信息以及LED发光光束分布特性;其中,所述LED驱动电路用所述定位信号调制所述LED的发光强度,以使得LED发射携带定位信号的光信号;所述信号处理模块根据所述电信号获得所接收信号的载波相位,并从所述电信号解调出定位报文。根据本专利技术的另一方面,还提供一种可见光定位装置,其特征在于,装置包括;光电转换模块,用于接收来自多个发射机的LED的光信号,将接收的光信号转换为电信号;以及信号处理模块,用于根据所述电信号获得所接收信号的载波相位,并根据LED的发光强度、接收到的信号强度以及LED发光光束分布特性,得到接收机与发射机之间的低精度距离值,利用所接收信号的载波相位和低精度距离值计算光信号在发射机与接收机之间的高精度距离值,从而根据各发射机的空间位置信息以及接收机与不同发射机之间的高精度距离值计算出接收机的位置信息。优选地,所述光信号中携带包含有定位报文的定位信号,所述定位报文包含发射机的空间位置信息、LED发光强度信息以及LED发光光束分布特性;信号处理模块从所述电信号解调出定位报文;或者所述接收机中预先存储有所述LED的发光强度、LED发光光束分布特性以及各发射机的空间位置信息。该可见光定位装置可为接收机。与现有技术相比,本专利技术采用信号强度和光信号载波相位相融合的定位方案,提供了高精度可见光定位方法,利用信号强度定位方法消除了光信号载波相位方法中相位测量的整周模糊问题,得到了更精确的位置信息。本专利技术的附加优点、目的,以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述,且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显,或者可以根据本专利技术的实践而获知。本专利技术的目的和其它优点可以通过在书面说明及其权利要求书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。本领域技术人员将会理解的是,能够用本专利技术实现的目的和优点不限于以上具体所述,并且根据以下详细说明将更清楚地理解本专利技术能够实现的上述和其他目的。附图说明参照以下附图,将更好地理解本专利技术的许多方面。附图中:图1为本专利技术实施例中室内可见光定位系统的示意性框图;图2为本专利技术实施例中室内可见光定位方法的示意性流程图;图3(a)和图3(b)为本专利技术实施例中定位信号的产生方式示意图。具体实施方式下面,对本专利技术的优选实施方式进行详细说明。本文档来自技高网...
一种可见光定位方法、系统和装置

【技术保护点】
一种可见光定位方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:发光步骤,各发射机的LED发出光信号;低精度距离确定步骤,接收机接收所述光信号,根据LED的发光强度、接收到的光信号强度以及LED发光光束分布特性,得到接收机与发射机之间的低精度距离值;高精度距离确定步骤,解调出所接收的信号的载波相位,利用低精度距离值消除载波相位的整周模糊,并利用消除了整周模糊的相位信息计算出发射机和接收机之间的高精度距离值;定位步骤,基于接收机与不同发射机之间的高精度距离值以及各发射机的空间位置信息计算接收机的位置信息。

【技术特征摘要】
1.一种可见光定位方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:发光步骤,各发射机的LED发出光信号;低精度距离确定步骤,接收机接收所述光信号,根据LED的发光强度、接收到的光信号强度以及LED发光光束分布特性,得到接收机与发射机之间的低精度距离值;高精度距离确定步骤,解调出所接收的信号的载波相位,利用低精度距离值消除载波相位的整周模糊,并利用消除了整周模糊的相位信息计算出发射机和接收机之间的高精度距离值;定位步骤,基于接收机与不同发射机之间的高精度距离值以及各发射机的空间位置信息计算接收机的位置信息。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述LED的发光强度、LED发光光束分布特性以及各发射机的空间位置信息预先存储在所述接收机中。3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述LED的发光强度、LED发光光束分布特性以及各发射机的空间位置包含在LED发出的光信号中;所述方法还包括以下步骤:定位信号产生步骤:各发射机产生包含定位报文的定位信号,用该定位信号调制LED的发光强度,以使得LED在发光步骤中发射携带定位信号的光信号,其中,所述定位报文包含发射机的空间位置信息、LED发光强度信息以及LED发光光束分布特性;以及解调步骤,接收机将接收的光信号转换为电信号,并解调出定位报文。4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述定位信号为定位报文叠加有伪随机序列并调制载波后得到的信号。5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述LED发光光束分布特性由如下公式表达:Pr=Pt·α·D-m其中,Pt为发射机发出的光信号功率,Pr为接收机接收的光信号功率,α为常数,D为接收机与发射机之间的距离,m为与LED的光束角特性有关的空间衰减因子;所述得到接收机与发射机之间的低精度距离值的步骤包括基于所述公式计算D值,将计算出的D值作为所述低精度距离值。6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述计算光信号在发射机与接收机之间的传播距离的步骤包括:利用所述低精度距离值,根据公式来计算整周模糊值,其中,λ为接收信号的载波波长,[]为取整符号;基于所接收信号的载波相位和所述整周模糊值利用如下公式得到所述传播距离:其中,f为载波信号频率,为所接收信号的载波相位,ΔN为所述整周模糊值,c为光速。7.一种可见光定位系统,其特征在于,该系统包括:多个发射机以及接收机;各发射机包括:LED,其用于发出的光信号;LED驱动电路,用于驱动所述ELD灯;所述接收机包括:光电转换模块,用于接收所述光信号,将接收的...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘璐郑重胡薇薇
申请(专利权)人:北京大学
类型:发明
国别省市:北京,11

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1