一种增强型相机辅助的基于接收信号强度比的定位方法技术

本发明专利技术公开了一种增强型相机辅助的基于接收信号强度比的定位方法，属于无线通信技术领域。首先构建包括K个发射器和一个待定位接收器的场景，使用四种坐标系进行定位；利用每个LED与光电二极管PD之间的信道直流增益，得到PD从每个LED接收到的光功率，并进行简化；然后在3D相机坐标系下分别计算每个LED的入射角；利用光功率以及各LED对应的入射角，计算接收器与各LED之间的距离比，再利用两个LED与接收器之间的夹角，根据余弦定理，计算接收器与各LED之间的距离；最后针对仅有3个LED的部署，根据线性最小二乘法进行2D位置估计和3D位置估计，得到接收器的位置坐标。本发明专利技术有覆盖率高、复杂度低、定位精度高的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种增强型相机辅助的基于接收信号强度比的定位方法
本专利技术属于无线通信
，具体涉及一种增强型相机辅助的基于接收信号强度比的定位方法。
技术介绍
最近，室内和室外的定位和导航越来越受到人们的重视。在室外场景中，基于卫星的全球定位系统(GlobalPositioningSystem，GPS)得到了广泛的应用，但是由于建筑物的遮挡，GPS信号在室内场景中很弱，从而导致定位精度不理想。基于室内定位的应用如现有文献1：H.Liu,H.Darabi,P.Banerjee,andJ.Liu,“Surveyofwirelessindoorpositioningtechniquesandsystems,”IEEETrans.Syst.ManCybern.C:ApplicationsandReviews,vol.37,no.6,pp.1067–1080,Nov.2007，介绍了室内环境的可靠定位技术。其中，最受欢迎的是基于WiFi的定位系统。但是，由于多路径传播，它的精度很低(在1到5米之间)，如现有文献2：M.Yasir,S.-W.Ho,andB本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增强型相机辅助的基于接收信号强度比的定位方法，其特征在于，具体步骤如下：/n步骤一、构建包括K个发射器和一个待定位接收器的场景，使用四种坐标系进行定位；/nK个LED作为发射器安装在天花板上，接收器由一个光电二极管PD和一个标准针孔相机组成；/n四种坐标系包括：2D像素坐标系o

【技术特征摘要】
1.一种增强型相机辅助的基于接收信号强度比的定位方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一、构建包括K个发射器和一个待定位接收器的场景，使用四种坐标系进行定位；
K个LED作为发射器安装在天花板上，接收器由一个光电二极管PD和一个标准针孔相机组成；
四种坐标系包括：2D像素坐标系op-upvp、2D成像平面坐标系oi-xiyi、3D相机坐标系oc-xcyczc和3D世界坐标系ow-xwywzw；
步骤二、计算每个LED与光电二极管PD之间的信道直流增益；
第i个LED和PD之间的信道直流增益Hi表示为：



其中，m是LED的朗伯阶数，表示为Φ1/2是LED的半功率角；A是PD检测器的物理面积；||·||表示向量的欧几里得范数，为3D世界坐标系中第i个LED的坐标，是待定位接收器的世界坐标，表示在WCS中从接收器到第i个LED的向量；φi是可见光的辐射角；ψi是可见光的入射角；Ts(ψi)是光学滤波器增益；g(ψi)是聚光器增益，表示为：n是聚光器的折射率，Ψc是PD的视场角；
步骤三、利用信道直流增益分别表示PD从每个LED接收到的光功率，并进行简化；
PD从第i个LED接收到的光功率Pr,i表示为
Pr,i＝PtHi(2)
其中，Pt表示LED的光功率；
进一步简化得到Pr,i：



其中，是一个常数；
步骤四、根据针孔相机拍摄的图像，在3D相机坐标系下分别计算每个LED的入射角；
步骤五、利用PD从各LED接收到的光功率以及各LED对应的入射角，计算接收器与各LED之间的距离比，再利用两个LED与接收器之间的夹角，根据余弦定理，计算接收器与各LED之间的距离；
具体计算步骤如下：
步骤501、针对任意两个不相同的LED，利用PD分别接收到的各自的光功率，计算两个LED的接收信号强度比；
接收信号强度比公式如下：



其中，Pr,j表示PD从第j个LED接收到的光功率；i≠j,i,j∈{1,2,…,K}；
步骤502、利用LED和接收器之间的高度差，对第i个LED和第j个LED的接收信号强度比进行转化；
针对第i个LED，根据LED的单位法向量垂直于天花板，得到：



其中，为3D世界坐标系中第i个LED的单位法向量，h是LED和接收器之间的高度差；
由此，得到转化后的接收信号强度比为：



其中，是3D世界坐标系中接收器到第i个LED的向量，是3D世界坐标系中接收器到第j个L...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨洋，柏琳，冯春燕，李承阳，郭彩丽，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11