一种利用镜面反射解决室内可见光定位遮挡问题的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用镜面反射解决室内可见光定位遮挡问题的方法，具体包含如下步骤：步骤1，将三个LED灯矩阵抽象成点光源T1，T2，T3，并设定房间及接收机的参数；步骤2，设定基本参数后，对镜面反射的光线进行处理；步骤3，将实灯和其镜像光源设置为一灯组，则有(T1,T11,T12,T13,T14)，(T2,T21,T22,T23,T24)，(T3,T31,T32,T33,T34)，采用不同频率的载波f1，f2，f3调制不同灯组的LED发射各自的位置坐标，步骤4，在步骤四中提出的通断模式是用来判断实光源和镜像光源是否能够直射到达接收端；步骤5，针对不同的通断模式采取不同的定位算法。本发明专利技术引入镜面反射后，其光线能够有效的规避障碍物到达接收端，提供有效的定位补给分量。提供有效的定位补给分量。提供有效的定位补给分量。

【技术实现步骤摘要】
一种利用镜面反射解决室内可见光定位遮挡问题的方法


[0001]本专利技术属于可见光通信
，具体的说是一种利用镜面反射解决室内可见光定位遮挡问题的方法。

技术介绍

[0002]与传统的室内可见光定位技术只考虑了漫反射模式的方法不同，该技术是建立在将漫反射和镜面反射结合的基础上，提出的定位计算方法；之所以采取这种方法，原因一，在实际场景中，经常会装饰一面镜子以达到视觉效果的开阔和明亮，这是从实际场景出发的。原因二：镜面反射能够有效的削弱多径效应的干扰，减少光功率的损耗，引入镜面的系统通信性能会得到提升。原因三，引入镜面反射不仅简化了光功率的计算，而且为接收端提供功了更多有效的定位信息，提高了定位性能。原因四，在传统模型中，链路若因碍物的遮挡，接收端无法接收到灯的直射分量的信息，那么定位精度将会骤降，而在引入镜面的室内可见光模型中，镜面反射能有效地规避障碍物的遮挡，并且其为接收端提供的功率分量是一个有效的定位数值。
[0003]由于对于室内位置信息需求的增长，定位技术也不断发展。常见的室内可见光定位算法包括TOA(Time of Arrival)、TDOA(Time Difference of Arrival)、AOA(Angle of Arrival)、RSSI(Received Signal Strength Indication)。目前衡量定位性能的指标有：定位精度、复杂度、扩展性、设备成本。由于RSSI定位算法实现简单，灵活可扩展，硬件设备要求不高，所以该定位算法在现阶段研究较多的定位算法。其算法的基本原理是利用接收端的接收值转换成发送端与接收端之间的距离的量，从而实现接收端位置的估计。基于可见光的室内通信系统，其定位性能会受到很多因素的影响，例如环境背景光噪声，障碍物，多径反射等。为削减背景光噪声对定位性能的影响，学者提出利用卡尔曼滤波方法在接收端对有效信息尽可能还原。卡尔曼滤波方法是1960年美国学者Kalman和Bucy提出的，其基本思想是估计上一时刻的状态值，将此值带入当前时刻测量值，更新指定状态的估计值，最终得到当前时刻的估计值。研究学者发现只要系统满足线性微分的特性，而且噪声是高斯白噪声，那么利用卡尔曼滤波法是最佳的方案。针对障碍物对定位性能的干扰，研究人员提出利用一种自适应修正的方案，利用未被遮挡的信息对接收机进行初步定位，再利用该初步定位的位置和发送端的参数对被遮挡的信道信息进行还原，再对接收端进行定位。针对多径反射的影响，学者又提出了强信号选择与质心加权相结合的定位算法。
[0004]申请公布号CN108802679A公开了一种用于室内定位的可见光定位系统，仅仅是使用大功率的LED灯具来提高定位系统的定位精度，无法解决因障碍物遮挡导致的定位精度不高的问题。
[0005]先前关于室内可见光的定位性能的研究大多建立在漫反射基础上，虽然算法简单，但是在该模型下，光线无规律的向四面八方传播，造成了光功率的大量损耗，且在漫反射的功率分量对于定位而言是干扰分量，定位性能的提升也因此受限。并且传统模型下，一旦直射链路受到了遮挡，想要恢复有用信号用于定位是比较困难的。虽然后来可以借助对
定位算法的改进，但是并没有提出含镜面反射的室内可见光系统的定位计算方法。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种用于含有障碍物遮挡的室内可见光模型中的定位方法。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术是通过以下技术方案来实现的：
[0008]本专利技术是一种利用镜面反射解决室内可见光定位遮挡问题的方法，具体包含如下步骤：
[0009]步骤1，将三个LED灯矩阵抽象成点光源T1，T2，T3，并设定房间及接收机的参数；
[0010]步骤2，做出T1，T2，T3的镜像，T1、T2、T3分别向镜面作垂线，延长对应垂线使得延长线长度等于T1、T2、T3到垂点的距离，从而得到T1、T2、T3的镜像T11、T21、T31的坐标；
[0011]步骤3，将实灯和其镜像光源设置为一灯组，则有(T1,T11,T12,T13,T14)，(T2,T21,T22,T23,T24)，(T3,T31,T32,T33,T34)，不同频率的载波f1，f2，f3调制每个灯组中实灯的位置坐标，根据镜面反射原理得出对应镜像光源的坐标；
[0012]步骤4，判断实灯和其虚灯到接收机之间的直射链路是否受到障碍物的阻断，确定各灯组的通断模式；
[0013]步骤5，根据灯组的通断模式，对应不同的流程进行定位工作；
[0014]步骤6，获取定位结果和虚灯之间的连线，与镜面的交点位置，此位置即一个镜面反射点，最终让接收机遍历所有接收平面上的待测位置，重复步骤二到五进行定位工作，得到所有的镜面反射点，最终镜面尺寸可调整可囊括所有镜面反射点的一个具体尺寸。
[0015]本专利技术的进一步改进在于：步骤1中，所述参数包括房间的长宽高，初始镜面的大小和位置，墙面和镜面的反射率，房间内物件的位置和大小。
[0016]本专利技术的进一步改进在于：分别为左、右、前、后墙编号为1，2，3，4，步骤3中，T1、T2、T3是真实的点光源，T11、T21、T31是墙1的镜子产生的实灯的镜像光源、T12、T22、T32、是墙2的镜子产生的实灯的镜像光源，T13、T23、T33是墙3的镜子产生的实灯的镜像光源，T14、T24、T34是墙4的镜子产生的实灯的镜像光源。
[0017]本专利技术的进一步改进在于：步骤4中通断模式是用来判断实光源和镜像光源是否能够直射到达接收端的，通断模式表达为(a,b,c,d,e),其中a的取值表示实光源到接收端的直射路径通断与否，b、c、d、e的取值分别表示镜像光源1，2，3，4到接收端的直射路径通断与否，a、b、c、d、e均取值0或1，0表示无法直射传输信号，1表示直射传输信号，若镜像光源不存在，通断模式的对应位置缺省表达。
[0018]本专利技术的进一步改进在于：步骤5中定位工作如：
[0019][0020]其中，i为灯组的序号，故i取值为1、2、3，室内可见光定位的实现需要三个LED作为信标，故最终的定位结果是由上述定位工作过程中联立的方程组的求解；
[0021]h表示光源与接收机之的垂直高度，T
s
表示光学滤波器的增益，g是光聚能的增益。pr
i
是接收机接收的来自灯组i的功率，pt
i
是LED光源T
i
的发送功率；
[0022][0023]d
i
是T
i
：(x
i
，y
i
，x
i
)到接收机R：(x,y,z)的距离；
[0024][0025]di
m
是T
i
灯的第m号墙对应的虚灯T
im
：(x
im
，y
im
，z
im
)到接收机R的距离,m取值为1至4。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用镜面反射解决室内可见光定位遮挡问题的方法，其特征在于：具体包含如下步骤：步骤1，将三个LED灯矩阵抽象成点光源T1，T2，T3，并设定房间及接收机的参数；步骤2，做出T1，T2，T3的镜像，T1、T2、T3分别向镜面作垂线，延长对应垂线使得延长线长度等于T1、T2、T3到垂点的距离，从而得到T1、T2、T3的镜像T11、T21、T31的坐标；步骤3，将实灯和其镜像光源设置为一灯组，则有(T1,T11,T12,T13,T14)，(T2,T21,T22,T23,T24)，(T3,T31,T32,T33,T34)，采用不同频率的载波f1，f2，f3调制不同灯组的LED发射各自的位置坐标；步骤4，判断实灯和其虚灯到接收机之间的直射链路是否受到障碍物的阻断，确定各灯组的通断模式；步骤5，根据灯组的通断模式，对应不同的流程进行定位工作；步骤6，改变接收机的位置，重复步骤二到五，获取定位结果以及新增镜面的位置大小信息。2.根据权利要求1所述一种利用镜面反射解决室内可见光定位遮挡问题的方法，其特征在于：步骤1中，所述参数包括房间的长宽高，初始镜面的大小和位置，墙面和镜面的反射率，房间内物件的位置和大小。3.根据权利要求2所述一种利用镜面反射解决室内可见光定位遮挡问题的方法，其特征在于：分别为左、右、前、后墙编号为1，2，3，4，步骤3中，T1、T2、T3是真实的点光源，T11、T21、T31是墙1的镜子产生的实灯的镜像光源、T12、T22、T32、是墙2的镜子产生的实灯的镜像光源，T13、T23、T33是墙3的镜子产生的实灯的镜像光源，T14、T24、T34是墙4的镜子产生的实灯的镜像光源。4.根据权利要求3所述一种利用镜面反射...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈健，朱丹蕾，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：