单灯可见光定位方法技术

本发明专利技术提供一种单灯可见光定位方法，其包括：调制LED灯光；步骤S2：捕获调制后的LED灯光,得到LED灯体ID以及LED灯体位置信息；步骤S3：利用传感器测得捕获装置在三轴坐标系中各轴的角速度、加速度、磁感应强度；对所述角速度、加速度以及磁感应强度进行运算，得到姿态角度信息，并根据姿态角度信息计算出捕获装置的终端航向角α

【技术实现步骤摘要】
单灯可见光定位方法
本专利技术涉及智能设备
，具体涉及一种。
技术介绍
可见光通信技术(简称VLC)以其精度高、成本低、易于实现的优点极大填补了商业化室内定位的刚需。同时，由于可见光通信技术不会产生任何的射频干扰，可见光定位算法在射频辐射被严格限制的环境中(如医院、核电站等)同样有良好的表现。可见光定位技术(简称VLP)是通过对LED进行调制，使各个LED以不同频率明暗闪烁并通过空气传播其位置信息。移动终端的接收装置对VLP信息进行捕获，通过图像处理技术对捕获的图片进行处理，解调出LED的位置信息，再利用几何学等原理，计算出移动终端的位置信息。相比于基于射频通信的室内定位技术，可见光定位算法利用可见光通信技术在传输速率、节能环保、无电磁干扰、安全保密等方面的显著优势，在大型购物中心、地下停车场、办公室等各种公共场合都有巨大的应用潜力，而在射频信号覆盖盲区如地铁、隧道等也尤为适用，通过对需要照明的位置改造成定位灯塔，快速搭建无线网络，降低网络使用与维护成本。而且，由于光源是室内一个必要的基础设施，该可见光定位算法无需额外的部署，兼顾照明与定位，通过在公共基础照明设施上增加数据传输功能，就可动态地构建室内可见光无线通信网络，为室内用户提供随时随地的便捷数据服务。虽然可见光定位技术有着多种其他定位技术无法比拟的优点，但仍然存在一些技术难题一直牵绊着可见光定位技术的发展，LED短缺下的可见光定位技术就是其中之一。目前大多数可见光定位算法以信源充足的前提下研究，很少讨论在LED短缺的情况下实现稳健的可见光定位，这就导致可见光定位技术的应用方向受到了很大的制约。在诸如大型购物中心、地下停车场等室内日常场所中，不可避免会出现某些LED故障、楼道昏暗等信源短缺的情景，若可见光定位技术只在信源充足下有效，移动终端的定位性能将大打折扣，甚至无法实现定位。
技术实现思路
针对现有技术可见光定位在信源短缺情况下无法正常工作的问题，提出单灯可见光定位方法。该方法推动了可见光通信室内定位技术的实际应用，具有广阔的市场价值。本专利技术的目的在于提供一种单灯可见光定位方法，其特征在于，包括：步骤S1：调制LED灯光，用于传递LED灯体ID以及获得与所述灯体ID相对应的LED灯体位置信息；步骤S2：捕获调制后的LED灯光，确保捕获的LED灯光至少来自于一个LED灯体，得到LED灯体ID以及LED灯体位置信息；步骤S3：利用传感器测得捕获装置在时刻t时，三轴坐标系中各轴的角速度、加速度、磁感应强度；对所述角速度、加速度以及磁感应强度进行运算，得到姿态角度信息，并根据姿态角度信息计算出捕获装置的终端航向角α*；步骤S4：对t时刻的终端航向角α*以及捕获装置捕获的LED灯光图片，结合所述LED灯体位置信息进行定位算法计算和分析，求得捕获装置在t时刻的位置信息。采用上述方案，本专利技术具有如下有益效果：1、适用于LED短缺情况下的可见光定位，在同等信源数量的条件下可以进一步扩大定位覆盖范围并保持厘米量级的定位精度，增强算法的鲁棒性，有更加广阔的应用场景。2、本专利技术可以较好地适用于室内移动终端的定位系统，算法的鲁棒性使捕获终端不仅适用于照明设施完善的场合，在信源短缺的情况下也能提供高精度的定位服务，为路径规划和自主导航打下坚实的基础。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术单灯可见光定位方法的流程示意图；图2至图4是本专利技术具体分步骤及方法的示意图；图5是本专利技术可见光定位方法的工作示意图；图6是本专利技术可见光定位方法中坐标系变换示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1至图4，结合图5,，本专利技术公开了一种单灯可见光定位方法，该方法包括：步骤S1：调制LED灯光，用于传递LED灯体ID以及获得与所述灯体ID相对应的LED灯体位置信息。在本专利技术中，调制LED灯光是指让LED灯的发光芯片按照一定的频率闪烁，闪烁频率对应于调制信号；在调制的过程中对每个LED灯体调制分配一个ID编码，同时调制入LED灯体的位置信息。步骤S2：捕获调制后的LED灯光，确保捕获的LED灯光至少来自于一个LED灯体，得到LED灯体ID以及LED灯体位置信息。在本专利技术中，对LED灯光的捕获一般采用CMOS镜头，该COMS镜头水平安装在一个捕获装置上，安装好捕获装置后保证捕获装置始终能够捕获到不少于一个LED灯体的LED灯光。当捕获装置捕获LED灯光后，可以根据LED灯光中调制的内容解析出LED灯体的ID以及LED灯体的位置信息，这里的位置信息是指LED灯体的大致方位以及LED灯体至捕获装置的直线距离。步骤S3：利用传感器测得捕获装置在时刻t时，三轴坐标系中各轴的角速度、加速度、磁感应强度；对所述角速度、加速度以及磁感应强度进行运算，得到姿态角度信息，并根据姿态角度信息计算出捕获装置的终端航向角α*。具体的，利用角度传感器，实时测出移动终端运动时XYZ三轴上的角速度、加速度和磁感应强度。如图2，所述姿态角度信息以及终端航向角α*计算方法包括：步骤S31：为对三坐标轴上的加速度分量计算得到姿态角度信息，所述姿态角度信息包括俯仰角ρ、翻滚角ψ、对旋转角速度积分得到的角度值θ，以及由三轴上磁感应强度解算出来的磁航向角α。具体的，由加速度得到的俯仰角ρ和翻滚角ψ为：其中，Ax、Ay、Az分别是X、Y、Z三轴上的加速度分量。由陀螺仪得到的旋转角度值θ为：θk＝(ωk-ωbias_k)dt+θk-13)其中，θk为当前时刻的角度值；θk-1为前一时刻的角度值；ωk为陀螺仪测量当前时刻的角速度；ωbias_k为当前时刻角速度的偏移量；dt为积分时间，即角度计算的采样周期。由地磁计得到的航向角α为：其中，Hx和Hy分别是X轴和Y轴输出的磁感应强度数据。当移动终端遇到颠簸使地磁计不在水平位置时，可通过倾斜补偿方法，减小航向角α检测的误差，倾斜补偿公式为：H′y＝Mycosψ+Mxsinψsinρ-Mzsinψcosρ5)H′x＝Mxcosρ+Mzsinρ6)其中，Mx、My、Mz分别为地磁计输出的X、Y、Z三轴数据；ρ和ψ分别为加速度计检测的俯仰角和翻滚角。利用补偿后的磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.单灯可见光定位方法，其特征在于，包括：/n步骤S1：调制LED灯光，用于传递LED灯体ID以及获得与所述灯体ID相对应的LED灯体位置信息；/n步骤S2：捕获调制后的LED灯光，确保捕获的LED灯光至少来自于一个LED灯体，得到LED灯体ID以及LED灯体位置信息；/n步骤S3：利用传感器测得捕获装置在时刻t时，三轴坐标系中各轴的角速度、加速度、磁感应强度；对所述角速度、加速度以及磁感应强度进行运算，得到姿态角度信息，并根据姿态角度信息计算出捕获装置的终端航向角α

【技术特征摘要】
1.单灯可见光定位方法，其特征在于，包括：
步骤S1：调制LED灯光，用于传递LED灯体ID以及获得与所述灯体ID相对应的LED灯体位置信息；
步骤S2：捕获调制后的LED灯光，确保捕获的LED灯光至少来自于一个LED灯体，得到LED灯体ID以及LED灯体位置信息；
步骤S3：利用传感器测得捕获装置在时刻t时，三轴坐标系中各轴的角速度、加速度、磁感应强度；对所述角速度、加速度以及磁感应强度进行运算，得到姿态角度信息，并根据姿态角度信息计算出捕获装置的终端航向角α*；
步骤S4：对t时刻的终端航向角α*以及捕获装置捕获的LED灯光图片，结合所述LED灯体位置信息进行定位算法计算和分析，求得捕获装置在t时刻的位置信息。


2.如权利要求1所述的单灯可见光定位方法，其特征在于，所述姿态角度信息以及终端航向角α*计算方法包括：
步骤S31：为对三坐标轴上的加速度分量计算得到姿态角度信息，所述姿态角度信息包括俯仰角ρ、翻滚角ψ、对旋转角速度积分得到的角度值θ，以及由三轴上磁感应强度解算出来的磁航向角α。
步骤S32：以传感器测量对应的俯仰角ρ、翻滚角ψ、磁航向角α、角度值θ作为系统的观测反馈值输入滤波器，利用卡尔曼滤波更新估计姿态角度信息，更正陀螺仪零漂误差，获得定位所需的终端航向角α*。


3.如权利要求1所述单灯可见光定位方法，其特征在于，步骤S4中定位算法的计算和分析方法包括：
步骤S41：对相同t时刻的终端航向角α*以及捕获装置捕获的LED灯光图片打包发送至定位计算处理组块；
步骤S42：对所述L...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄林仪，关伟鹏，伍文飞，
申请(专利权)人：深圳市南科信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44