一种基于可见光的室内定位方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于可见光的室内定位方法及系统，该方法包括：建立电压采样值与其对应的实际投影距离之间的函数表达式；预设并记录当前室内每个信标LED光源的坐标信息和编码信息；接收由与被测位置相邻的4个信标LED光源发送的编码信息，分别对4个编码信息进行解码，转化为相应的坐标信息和相应的电压采样值；根据转化后的电压采样值和所述函数表达式，分别计算得到被测位置和与其相邻的4个信标LED光源之间的投影距离；根据计算得到的4个投影距离和与被测位置相邻的4个信标LED光源的坐标信息计算得到被测位置的坐标。由此有利于提高定位精度，成本低，方便且容易推广，具有可扩展性和可移植性，功能稳定且功耗低。

Indoor positioning method and system based on visible light

The invention relates to an indoor positioning method and system based on visible light, the method includes: establishing the function expression between the actual projection distance corresponding to the voltage sampling value; coordinate information and encoding information preset and recording the current indoor each beacon LED light source; receiving by encoding information and the measured position of the 4 adjacent beacon LED light transmission, decoding the 4 encoding information into the corresponding coordinates and the corresponding voltage according to the voltage sampling value; the transformed sample value and the function expression, get the projection distance between 4 LED light beacon measured position and adjacent were calculated; the calculated coordinates of the measured the position of the 4 projection according to the distance calculated with 4 LED light beacon and the measured position of the adjacent coordinate information. Thereby, the positioning accuracy is improved, the cost is low, the utility model is convenient and easy to popularize, and the utility model has the advantages of expandability and portability, stable function and low power consumption.

【技术实现步骤摘要】
一种基于可见光的室内定位方法及系统
本专利技术属于室内定位
，特别涉及一种基于可见光的室内定位方法及系统。
技术介绍
室内定位是指在室内环境中实现位置定位，主要采用无线通讯、基站定位、惯导定位等多种技术集成形成一套室内位置定位体系，从而实现人员、物体等在室内空间中的位置监控。随着经济和现代技术的不断发展，人们对导航和定位服务的需求也日益增大，在机场大厅、展览大厅、超市、图书馆、仓库、地下停车场等复杂的室内环境中，经常需要确定移动终端或其持有者以及设备与物品在室内的位置信息。尤其是智能手机的普及和移动互联网的发证，地图与导航类软件将进入一个新的时代，也即室内导航。因此，室内定位有着广泛的应用前景，传统的室内定位技术由于精度比较低，无法满足一些特定的需求。而可见光室内定位技术由于精度相对较高，且不需要复杂的基站做支持，成为了新一代室内定位技术发展的趋势。现有可见光室内定位技术主要分为以下两类：1)利用LED光源发出位置ID来实现定位，这种定位方式相对来说比较成熟且容易实现，现有产品大多采用这种方案。但其定位精度偏低，无法满足更高的需求；2)根据LED信号的强弱来估计接收端与LED光源之间的距离，以此计算出接收端的位置。但是，这种技术由于其工作原理是测量光源亮度，导致接收端的抗干扰能力较差，并且基于这种技术的接收端只能在二维的平面内实现精确定位。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述现有技术的缺点和不足，提供一种基于可见光的室内定位方法及系统，提高定位精度，成本低，方便且容易推广，具有可扩展性和可移植性，功能稳定且功耗低。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种基于可见光的室内定位方法，包括以下步骤：建立电压采样值与其对应的实际投影距离之间的函数表达式；预设并记录当前室内每个信标LED光源的坐标信息和编码信息；接收由与被测位置相邻的4个信标LED光源发送的编码信息，分别对4个编码信息进行解码，转化为相应的坐标信息和相应的电压采样值；根据转化后的电压采样值和所述函数表达式，分别计算得到被测位置和与其相邻的4个信标LED光源之间的投影距离；根据计算得到的4个投影距离和与被测位置相邻的4个信标LED光源的坐标信息计算得到被测位置的坐标。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤建立电压采样值与其对应的实际投影距离之间的函数表达式，包括以下步骤：S11：记录被测位置在不同位置上到信标LED光源的多个实际投影距离；S12：于不同位置上的被测位置处分别接收信标LED光源发送的光信号，并转换成分别对应于不同位置的多个电压采样值：S13：根据所述多个实际投影距离和分别与多个实际投影距离一一对应的多个电压采样值建立样本库；S14：对样本库中的数据进行处理，并剔除异常数据，生成取样库；S15：根据取样库中的多个电压采样值和与其对应的实际投影距离拟合生成相应的函数表达式，该函数表达式中，电压采样值是自变量，实际投影距离是因变量；S16：于所述函数表达式中依次代入所述多个电压采样值，并依次得到与所述多个电压采样值一一对应的多个结果投影距离；S17：比较所述多个结果投影距离与其对应的实际投影距离的大小，得到比较结果；并根据比较结果对所述函数表达式进行修整，得到优化后的电压采样值和与其对应的实际投影距离之间的函数表达式；S18：根据所述步骤S11～S17得到被测位置与每个信标LED光源的电压采样值和对应的距离之间优化后的函数表达式。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S17和S18中，所述函数表达式表示的是被测位置和与其相邻的4个信标LED光源之间的电压采样值和对应的距离关系，该函数表达式包括：其中，d1、d2、d3、d4分别代表被测位置到与其相邻的4个信标LED光源在地面上的投影距离；U1、U2、U3、U4分别表示被测位置与四个信标LED光源的投影距离对应的已经处理的ADC电压采样值。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤根据转化后的电压采样值和所述函数表达式，分别计算得到被测位置和与其相邻的4个信标LED光源之间的投影距离，是通过将转化后的4个ADC电压采样值U1、U2、U3、U4分别代入与其对应的函数表达式中，分别求得被测位置和与其相邻的4个信标LED光源之间的投影距离d1、d2、d3、d4。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤根据计算得到的4个投影距离和与被测位置相邻的4个信标LED光源的坐标信息计算得到被测位置的坐标，包括以下步骤：S51：设定被测位置的坐标为(x’，y’)；S52：以被测位置、与被测位置相邻的4个信标LED光源中的其中两信标LED光源为顶点形成一第一三角形；S53：根据第一三角形中的两信标LED光源的坐标信息、及根据被测位置与第一三角形中的两信标LED光源之间的投影距离，通过余弦定理求得第一三角形中以任一信标LED光源为顶点的夹角的余弦值，得到第一余弦值；S54：根据所述第一余弦值求出被测位置的第一个横向坐标值xa，并根据三角函数关系求出被测位置的第一个纵向坐标值ya；S55：根据步骤S52～S54求得由被测位置、与被测位置相邻的4个信标LED光源中的另外两信标LED光源为顶点形成的第二三角形中以任一信标LED光源为顶点的夹角的余弦值，得到第二余弦值；S56：根据所述第二余弦值求出被测位置的第二横向坐标值xb，并根据三角函数关系求出被测位置的第二个纵向坐标值yb；S57：根据公式求出被测位置的坐标(x’，y’)。作为本专利技术的进一步改进，本专利技术基于可见光的室内定位方法还包括被测位置的坐标优化计算，其包括以下步骤：优化准备步骤：当前室内的多个信标LED光源以阵列排布方式设置，且以4个相邻的信标LED光源为顶点形成一正方形区域，该正方形区域为相同编码区域，且每相邻的两相同编码区域互不重叠相交；对每一相同编码区域中的4个信标LED光源设定相同的编码和互不相同的调制频率，且所有相同编码区域的编码互不相同；以任意相邻的4个信标LED光源为顶点形成一最小正方形区域，该最小正方形区域为中心定位区域；且每相邻的两中心定位区域相互重叠有两个信标LED光源；预设并记录每一中心定位区域的中心位置上的定位基点的坐标信息和对应的编码，该定位基点的坐标信息对应的编码为其对应的中心定位区域中的4个信标LED光源的中n位编码按序依次排列形成的4n位编码；及优化计算步骤：根据对与被测位置相邻的4个信标LED光源发送的编码信息进行解码，得到一4n位的解码；在所有定位基点的4n位编码中查询与所述4n位解码一致的一4n为编码，得到该4n位解码对应的定位基点的坐标(Xi,Yj)；根据步骤S56中求出的被测位置的坐标(x’，y’)，根据公式计算得到被测位置优化后的位置坐标(x，y)。作为本专利技术的进一步改进，所有信标LED光源中仅携带有4种调制频率，且任意一中心定位区域中的4个信标LED光源携带的调制频率互不相同。相应地，本专利技术还提供了一种与上述基于可见光的室内定位方法对应的基于可见光的室内定位系统，该系统包括函数模拟模块、发送模块、接收模块和处理模块；所述函数模拟模块用于建立电压采样值与其对应的实际投影距离之间的函数表达式，并保存至所述处理模块；所述发送模块为信标LED光源发射模块，用于发送编码信息和调制频率至所述接收模块；所述接收模块用于接收由所述发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于可见光的室内定位方法，其特征在于：包括以下步骤：建立电压采样值与其对应的实际投影距离之间的函数表达式；预设并记录当前室内每个信标LED光源的坐标信息和编码信息；接收由与被测位置相邻的4个信标LED光源发送的编码信息，分别对4个编码信息进行解码，转化为相应的坐标信息和相应的电压采样值；根据转化后的电压采样值和所述函数表达式，分别计算得到被测位置和与其相邻的4个信标LED光源之间的投影距离；根据计算得到的4个投影距离和与被测位置相邻的4个信标LED光源的坐标信息计算得到被测位置的坐标。

【技术特征摘要】
1.一种基于可见光的室内定位方法，其特征在于：包括以下步骤：建立电压采样值与其对应的实际投影距离之间的函数表达式；预设并记录当前室内每个信标LED光源的坐标信息和编码信息；接收由与被测位置相邻的4个信标LED光源发送的编码信息，分别对4个编码信息进行解码，转化为相应的坐标信息和相应的电压采样值；根据转化后的电压采样值和所述函数表达式，分别计算得到被测位置和与其相邻的4个信标LED光源之间的投影距离；根据计算得到的4个投影距离和与被测位置相邻的4个信标LED光源的坐标信息计算得到被测位置的坐标。2.根据权利要求1所述的基于可见光的室内定位方法，其特征在于：所述步骤建立电压采样值与其对应的实际投影距离之间的函数表达式，包括以下步骤：S11：记录被测位置在不同位置上到信标LED光源的多个实际投影距离；S12：于不同位置上的被测位置处分别接收信标LED光源发送的光信号，并转换成分别对应于不同位置的多个电压采样值：S13：根据所述多个实际投影距离和分别与多个实际投影距离一一对应的多个电压采样值建立样本库；S14：对样本库中的数据进行处理，并剔除异常数据，生成取样库；S15：根据取样库中的多个电压采样值和与其对应的实际投影距离拟合生成相应的函数表达式，该函数表达式中，电压采样值是自变量，实际投影距离是因变量；S16：于所述函数表达式中依次代入所述多个电压采样值，并依次得到与所述多个电压采样值一一对应的多个结果投影距离；S17：比较所述多个结果投影距离与其对应的实际投影距离的大小，得到比较结果；并根据比较结果对所述函数表达式进行修整，得到优化后的电压采样值和与其对应的实际投影距离之间的函数表达式；S18：根据所述步骤S11～S17得到被测位置与每个信标LED光源的电压采样值和对应的距离之间优化后的函数表达式。3.根据权利要求2所述的基于可见光的室内定位方法，其特征在于：所述步骤S17和S18中，所述函数表达式表示的是被测位置和与其相邻的4个信标LED光源之间的电压采样值和对应的距离关系，该函数表达式包括：其中，d1、d2、d3、d4分别代表被测位置到与其相邻的4个信标LED光源在地面上的投影距离；U1、U2、U3、U4分别表示被测位置与四个信标LED光源的投影距离对应的已经处理的ADC电压采样值。4.根据权利要求3所述的基于可见光的室内定位方法，其特征在于：所述步骤根据转化后的电压采样值和所述函数表达式，分别计算得到被测位置和与其相邻的4个信标LED光源之间的投影距离，是通过将转化后的4个ADC电压采样值U1、U2、U3、U4分别代入与其对应的函数表达式中，分别求得被测位置和与其相邻的4个信标LED光源之间的投影距离d1、d2、d3、d4。5.根据权利要求2所述的基于可见光的室内定位方法，其特征在于：所述步骤根据计算得到的4个投影距离和与被测位置相邻的4个信标LED光源的坐标信息计算得到被测位置的坐标，包括以下步骤：S51：设定被测位置的坐标为(x’，y’)；S52：以被测位置、与被测位置相邻的4个信标LED光源中的其中两信标LED光源为顶点形成一第一三角形；S53：根据第一三角形中的两信标LED光源的坐标信息、及根据被测位置与第一三角形中的两信标LED光源之间的投影距离，通过余弦定理求得第一三角形中以任一信标LED光源为顶点的夹角的余弦值，得到第一余弦值；S54：根据所述第一余弦值求出被测位置的第一个横向坐标值xa，并根据三角函数关系求出被测位置的第一个纵向坐标值ya；S55：根据步骤S52～S54求得由被测位置、与被测位...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐小煜，曾显华，张耿旭，张超，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东,44