一种基于紫外光信标的应急定位系统及定位方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于紫外光信标的应急定位方法，具体为：首先，调制半球形的紫外LED阵列信号，用于传递当前紫外LED阵列的ID、发射角度和测距信号；半球形紫外LED阵列所接收到其他紫外LED阵列的信息储存下来，以ID为1的紫外LED阵列为坐标系原点，得到整个定位网络中各个紫外LED阵列的位置坐标，构建应急定位环境下的紫外光定位网络；利用紫外光传感器接收紫外应急定位网络中的紫外光信号强度，选取信号强度前四的紫外光LED进行定位，得到目标终端的位置信息。采用本发明专利技术的定位方法，可以有效解决卫星定位效果差的区域进行定位的问题，也为基于紫外光的路径规划和自主导航打下了基础，应用前景广阔。应用前景广阔。应用前景广阔。

【技术实现步骤摘要】
一种基于紫外光信标的应急定位系统及定位方法


[0001]本专利技术属于光电信息
，具体涉及一种基于紫外光信标的应急定位系统及定位方法。

技术介绍

[0002]现阶段，定位技术的应用场景不断扩展，新兴的应用已经不满足于基于GPS、北斗等卫星定位的室外定位场景，定位场景逐步延伸到室内、井下等无可用卫星导航信号的情况下。当前应急定位网络主要使用的无线传感器主要包括：Wi
‑
Fi、蓝牙、红外线、超宽带、超声波和可见光等。
[0003]Wi
‑
Fi、超宽带和超声波技术成本太高；蓝牙在大量使用的情况下相互干扰较大，容易出现断连现象；可见光受其他光源的干扰；红外光也容易受温度的干扰。针对上述技术的不足，需要设计一种基于紫外光信标的应急定位网络构建和定位方法，实现目标终端的定位。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于紫外光信标的应急定位系统及定位方法，通过紫外光信标组网形成应急定位网络，用于实现终端位置感知。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是，一种基于紫外光信标的应急定位方法，具体按照以下步骤实施：
[0006]步骤1：调制半球形的紫外LED阵列信号，用于传递当前紫外LED阵列的ID、发射角度和测距信号；
[0007]半球形紫外LED阵列的电路包括电源、信息处理模块、发射端和接收端；信息处理模块为单片机，电源连接到信息处理上VCC引脚为整个半球形紫外LED阵列供电；发射端包括驱动电路和发射模块以及调制编码模块，信息处理模块通过I\O口依次连接驱动电路和发射模块；接收端包括光电转换模块以及解调储存模块，信息处理模块通过I\O口与光电转换模块连接；
[0008]步骤2：半球形紫外LED阵列进行广播通信，发送由步骤1中调制编码后的信号，并且通过接收模块接收其他半球形紫外LED阵列所发出的信号；此步骤中发送的数据帧中的操作位的数据位1；光电倍增管能够接收自由空间中的紫外光信号，并将其转换为电信号，之后进入信息处理模块中交由解调存储模块来解调信号，得到所发送的数据帧，信息处理模块读取对应的紫外LED节点发送角度来计算两个半球形紫外LED阵列之间的距离；计算出距离之后，将这个半球形紫外LED阵列所接收到其他紫外LED阵列的信息储存下来，信息包括：编号，距离和发射角度，信息储存在解调储存模块中；
[0009]步骤3：以ID为1的紫外LED阵列为坐标系原点，得到整个定位网络中各个紫外LED阵列的位置坐标，构建应急定位环境下的紫外光定位网络；
[0010]步骤4：需要定位的目标终端，利用接收端的光电转换模块接收紫外应急定位网络
中的紫外光信号，选取信号强度前四的紫外光LED进行定位，得到目标终端的位置信息。
[0011]本专利技术的特点还在于，
[0012]步骤1中，具体为：
[0013]1.1、调制编码模块对发送信息进行编码：从帧头起分别为阵列ID、操作、节点ID和发射角度；其中阵列ID是此半球形紫外LED阵列的ID；操作分为1、2和3三种，分别代表组网、定位和空闲；节点ID是此半球形紫外LED阵列中单个紫外LED节点的ID，节点ID从1起依次递增；发射角度是该LED节点在阵列中的发射角度；
[0014]1.2、调试编码模块对发送数据帧进行调制：采用PPM调制；
[0015]1.3、调制后的信号脉冲通过信息处理模块的I\O口传输电信号到驱动电路，由驱动电路驱动半球形紫外光LED阵列上的各个紫外光LED节点发送对应的紫外光脉冲信号。
[0016]步骤3中，具体为：
[0017]从编号为1的半球形紫外LED阵列开始遍历步骤2中所保存的信息，将这些信息写入这个半球形紫外LED阵列的网络表中；当所有的半球形紫外LED阵列的网络表都得到后，再通过RIP路由协议，获得整个紫外光定位网络的网络结构；之后根据每个半球形紫外LED阵列中所储存其他半球形紫外LED阵列的角度和距离信息在网络中得到所有半球形紫外LED阵列相对于原点的坐标位置；
[0018]网络是一组顶点V和一组边E组成的无向图G，当从信标1开始，能够遍历到所有的点并返回到信标1时，则证明网络构建完成，至此，定位网络的构建结束，所有的半球形紫外LED阵列进入定位模式。
[0019]步骤4中，在步骤3中定位网络构建完毕后，所有的半球形紫外LED阵列都已经进入定位模式；需要定位的目标终端通过光电倍增管接收空间内全部的紫外光信号，但只使用紫外光功率排在前四位的半球形紫外LED阵列进行定位，通过光电倍增管接收到的半球形紫外LED阵列信标发出的信息，经过解调后由信息处理模块求出距离信息，然后再对位置信息求解。
[0020]本专利技术的有益效果是：
[0021]本专利技术的应急定位系统，用于移动终端的定位，不受电磁干扰，和其他光源影响，适用于弱卫星导航信号或无卫星导航信号环境下的定位系统，信标便于携带，可以解决缺失无线电情况下，如何提供定位的难题。采用本专利技术的定位方法，可以有效解决卫星定位效果差的区域进行定位的问题，也为基于紫外光的路径规划和自主导航打下了基础，应用前景广阔。
附图说明
[0022]图1是本专利技术一种半球形紫外LED阵列的结构示意图；
[0023]图2是本专利技术一种半球形紫外LED阵列的结构框图；
[0024]图3是本专利技术构成的无向网络图；
[0025]图4是本专利技术三边定位算法的示意图；
[0026]图5是本专利技术四边定位算法的示意图。
具体实施方式
[0027]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0028]本专利技术一种基于紫外光信标的应急定位系统，如图1所示，采用一种半球形紫外LED阵列，其中，
○
为紫外光信号发生器，此发生器不限于紫外光LED和激光器，一切可以产生紫外光调制信号的发生器都可以应用于本专利技术中的紫外LED阵列；
×
表示紫外传感器，传感器不限于紫外光光敏管和光电倍增管，一切可以将紫外光信号转换为电信号的装置和获取光强度的装置都可以应用于本专利技术中的紫外LED阵列。半球形紫外LED阵列可以发射全角度紫外光信号，选用的紫外LED波长200nm～280nm，发光功率为0.3mW，选用的光电转换模块型号为滨松R928。如图2所示，半球形紫外LED阵列硬件电路，由电源，信息处理模块，发射端和接收端组成。信息处理模块为单片机，电源连接到信息处理上VCC引脚为整个半球形紫外LED阵列供电。发射端包括驱动电路和发射模块以及调制编码模块，其中调试编码模块功能通过单片机程序实现，信息处理模块通过I\O口依次连接驱动电路和发射模块。接收端包括光电转换模块以及解调储存模块其中解调储存模块功能由单片机程序实现，信息储存在单片机内置的存储器中，信息处理模块通过I\O口与光电转换模块连接。
[0029]具体到各子模块中：
[0030]1.调制编码模块对半球形紫外LED阵列上的单个紫外光LED进行单独调制编码，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于紫外光信标的应急定位方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1：调制半球形的紫外LED阵列信号，用于传递当前紫外LED阵列的ID、发射角度和测距信号；半球形紫外LED阵列的电路包括电源、信息处理模块、发射端和接收端；信息处理模块为单片机，电源连接到信息处理上VCC引脚为整个半球形紫外LED阵列供电；发射端包括驱动电路和发射模块以及调制编码模块，信息处理模块通过I\O口依次连接驱动电路和发射模块；接收端包括光电转换模块以及解调储存模块，信息处理模块通过I\O口与光电转换模块连接；步骤2：半球形紫外LED阵列进行广播通信，发送由步骤1中调制编码后的信号，并且通过接收模块接收其他半球形紫外LED阵列所发出的信号；此步骤中发送的数据帧中的操作位的数据位1；光电倍增管能够接收自由空间中的紫外光信号，并将其转换为电信号，之后进入信息处理模块中交由解调存储模块来解调信号，得到所发送的数据帧，信息处理模块读取对应的紫外LED节点发送角度来计算两个半球形紫外LED阵列之间的距离；计算出距离之后，将这个半球形紫外LED阵列所接收到其他紫外LED阵列的信息储存下来，信息包括：编号，距离和发射角度，信息储存在解调储存模块中；步骤3：以ID为1的紫外LED阵列为坐标系原点，得到整个定位网络中各个紫外LED阵列的位置坐标，构建应急定位环境下的紫外光定位网络；步骤4：需要定位的目标终端，利用紫外光传感器接收紫外应急定位网络中的紫外光信号强度，选取信号强度前四的紫外光LED进行定位，得到目标终端的位置信息。2.根据权利要求1所述的一种基于紫外光信标的应急定位方法，其特征在于，所述步骤1中，具体为：1.1、调制编码模块对发送信息进行编码：从帧头起分别为阵列ID、操作、节点ID和发射...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵太飞，张健伟，姜卓秀，姚佳彤，王景祥，崔真，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：