基于可转动的倾斜接收端的室内定位系统及方法
【专利说明】
[0001]
技术领域
[0002] 本发明属于室内定位领域，涉及一种基于可转动的倾斜的单个光电检测器作为接 收端的室内定位系统及方法。
[0003]
【背景技术】
[0004] 可见光通信技术，是利用荧光灯或发光二极管等发出的肉眼看不到的高速明暗闪 烁信号来传输信息的，尤其在室内场景下，可见光通信正朝照明通信一体化的方向不断发 展，该技术不仅绿色节能环保，不占用频谱资源，而且对人们不会产生任何辐射伤害。
[0005] 现今经济和科技的不断发展，人们对于导航和定位服务的需求也日益增大，虽然 在室外环境下，GPS定位技术已经可以满足人们对位置信息的需求，定位精度达到几米，但 是在大型建筑物内部和复杂的室内环境下，却容易出现由于障碍物阻隔等原因导致无法实 现准确定位的情况。目前在解决这一个问题上，可见光室内定位技术为我们提供了一种定 位精度更高，系统成本更低的定位方案，引起了国内外学者的关注。
[0006] 可见光室内定位技术实现了室内照明通信的一体化。借助LED在室内照明场景下 的广泛分布，将定位信息加载到光上实现定位区域的覆盖，不需要额外布置定位设备，大大 减少能源消耗，更加绿色环保，只需把控制芯片加载到光上，同时降低了定位硬件系统的成 本。而且光与电磁波信号不同，光信号的抗干扰能力强，环境背景光不会对定位信号产生影 响。更为重要的是可见光不占用频谱资源，不会受到电磁波的干扰，同样也不会对人体造成 辐射伤害。因此，在室内定位领域，相比其他定位技术可见光室内定位技术在应用上具有很 大的优势，急需开展这方面的项目研宄。
[0007] 经对现有文献检索发现，在已有的基于VLC的室内定位系统中，接收端的设备 较为复杂，并需要在多个光电接收器的配合下才能实现定位系统的定位，但因为器件过多 并且同时操作存在误差等，会导致定位不精确。
[0008]
【发明内容】
[0009] 技术问题：本发明提供了一种精确度高、系统架构灵活多变的基于可转动的倾斜 接收端的室内定位系统以及方法。
[0010] 技术方案：本发明的基于可转动的倾斜接收端的室内定位系统，包括发射端与接 收端，发射端为LED光源，，接收端为单个可转动倾斜三维ro接收端，包括能够进行360°旋 转的具有刻度的旋转平台、与所述旋转平台连接的具有倾斜平面的圆柱体、安装在所述倾 斜平面上的光电检测器、与所述光电检测器的输出端连接的数字频谱分析仪。
[0011] 本发明室内定位系统的优选方案中，旋转平台上设置有等间隔划分的水平刻度。
[0012] 本发明室内定位系统的优选方案中，数字频谱分析仪用于对光电接收端的输出信 号进行量化与分析并读取信号电压值，数字频谱分析仪的输入端与光电检测器输出端的各 个管脚连接。
[0013] 本发明的基于可转动的倾斜接收端的室内定位方法，基于上述室内定位系统，通 过检测光电检测器在不同角度接收到的功率之间的差值来实现定位，包括以下步骤： 1) 以测试点为中心，将光电检测器等间隔旋转多个角度，用频谱分析仪检测光电检测 器在多个角度的接收光功率； 2) 再根据角度增益算法，比较不同旋转角度时ro的接收光功率差值，得到测试点相对 于发射端LED光源的位置信息。
[0014] 本发明中的发射端由载波加载的LED光源组成，单个可转动倾斜三维ro接收端包 括能够进行360°旋转的具有刻度的旋转平台、与所述旋转平台连接的具有倾斜平面的圆 柱体、安装在所述倾斜平面上的光电检测器，并且该接收端在圆形平台具有一个可拆卸可 收缩的支架。在可进行360°旋转的具有刻度的旋转圆形平台上，将平台与一个具有倾斜平 面的圆柱体相连接，并使倾斜面朝上，将光电检测器与倾斜面相固定，即组成了我们的光电 接收端。
[0015] 本发明中，可转动倾斜三维ro接收端以单个具有倾斜角的并可以旋转任意角度 和改变与发射端LED光源之间距离的光电检测器代替在普通可见光室内定位方法中多个 光电接收端，并且本发明中的这一个光电检测器便可以实现多个光电接收端共同作用才能 实现的同样的功能。
[0016] 本发明定位系统在进行二维空间的定位时，在光源LED与之间，通过对可转动 倾斜ro接收端进行多次旋转，计算得到不同角度时接收端接收到功率之间的差值。依据已 有的角度增益算法，分析不同角度处功率差值的关系来实现定位。所述光室内定位技术实 现了室内照明通信的一体化。
[0017] 在本发明中，所述发射端模块包括具有载波加载的LED光源和电源供电模块。所 述载波加载的LED光源借助LED在室内照明场景下的广泛分布，将定位信息加载到光上实 现定位区域的覆盖，能够降低成本和节省能源。
[0018] 本发明定位系统的光电接收端中，对于单个可转动倾斜三维ro接收端，其所在旋 转平台上设置有等间隔划分的水平刻度，总共将整个旋转平台分为360等间隔，以一个间 隔代表Γ 在本发明中，所述的基于可转动的倾斜接收端的室内定位系统，其特征在于，所述接收 端模块包括，具有可改变倾斜角的，同时可以以室内定位时的测试点为中心任意转动，并且 可以通过升降光电检测器的支架，改变与发射端LED光源之间距离的三维光电检测器ro和 数字频谱分析仪。
[0019] 本发明的基于可转动的倾斜接收端的室内定位方法，在进行二维空间的定位时， 在光源LED与ro之间，通过旋转光电接收端，计算得到不同角度时接收端接收到功率之间 的差值，依据不同角度处功率差值的关系来实现定位。步骤1)中用频谱分析仪检测光电检 测器在多个角度的接收光功率，角度测量次数越多，结果越精确； 本发明用一种具有倾斜角的，可任意转动并且可以改变与发射端LED光源之间距离的 倾斜三维光电检测器ro作为接收端，实现了一种精确度高、系统架构灵活多变的室内定位 系统。本发明中，改进了光电接收端，用一个多功能的光电接收器代替以往定位系统中的多 个光电接收器。所述光电接收器，不仅可以在二维空间的定位中，简化设备和操作的同时可 测量多个不定测试点，增强定位的精确度，还可以使三维空间内的室内定位操作更为简单， 定位更加精确。
[0020] 有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点： 在已有的基于可见光通信的室内定位系统中，接收端的设备较为复杂，并且需要在多 个光电检测器的配合下才能实现定位系统的定位。在实际测量中，我们虽然可以把这多个 光电检测器近似看成一个检测器，但多个光电检测器还是会使我们的测试产生误差，因为 器件过多且器件固定，我们并不能多次进行测量多个点，对于实验的可操作性会降低，并且 具有操作误差等，这些均会会导致定位不精确。但在本发明中，改进了光电接收端，不仅用 一个多功能的光电接收器代替以往定位系统中的多个光电接收器，而且因为接收端设备是 非固定的，在工作平面上也可以多次选取测试点，所以可以进行多次不同的测量，同时在光 电检测器上具有精确地转盘刻度，对于每次旋转的角度也有精准的度量，这也使测试更为 精确。在定位测试过程中，可以将光电检测器等间隔旋转多个角度，用频谱分析仪检测光电 检测器在多个角度的接收光功率，角度测量次数越多，结果也越精确。而且这个光电接收端 不仅可以进行二维空间的室内定位还可以进行三维空间的室内定位。
[0021] 所述以一个具