[0089] 图3给出了本实施例中可见光通信定位系统的定位方法的仿真结果曲线示意图， 同时对传统的GPS定位方法也作了仿真。由图3可以看出，在发射端数量一定的情况下，本 实施例定位系统采用的定位方法的定位估计误差比传统GPS定位方法更低，这说明本实施 例定位系统采用的定位方法具有更好的定位性能；还可以看出，随着发射端数目的不断增 加，本实施例中采用的可见光定位方法的定位性能逐渐提高。这充分表明，本实施例系统中 采用的可见光定位方法具有比传统GPS定位方法更好的定位性能。
[0090] 本实施例中的可见光通信无线定位系统的工作过程如下：发射端地理位置经第一 光电信号转换器303由电信号转为光信号后，由微处理器300命令LED发光晶格内的黑光 LED3011、蓝光LED3012、绿光LED3013和红光LED3014根据调制后的光信号情况发光，以照 射出含有该发射端地理位置的多维彩码或二维码，微处理器300还可以命令LED发光晶格 发出含有其他丰富信息的多维彩码或二维码；移动接收端1利用摄像头107扫描、获取多 维彩码或二维码中的地理位置信息，并在接收、解调光信号后，提取光信号中的地理位置数 据，而GPS定位模块101则独立获取室外环境下的地理位置，且由显示屏111显示；中继定 位融合装置2根据接收的各光信号强度，融合获得移动接收端1的当前地理位置数据，并提 供融合所得地理位置数据给移动接收端1。
【主权项】
1.可见光通信无线定位系统，其特征在于，包括移动接收端、中继定位融合装置和若干 发射端，所述发射端均匀地分布设置在中继定位融合装置的周围；其中， 所述发射端包括微处理器以及分别连接微处理器的LED光源、存储LED光源地理位置 信息的RFID标签、第一光电信号转换器、第一蓝牙模块和太阳能电池；所述LED光源上均 匀地设置若干具有独立编号的方形LED发光晶格；所述每个LED发光晶格内均设置有黑光 LED、蓝光LED、绿光LED和红光LED，所述黑光LED、蓝光LED、绿光LED和红光LED分别连接 微处理器；所述LED光源连接太阳能电池；其中， 所述微处理器，用以读取RFID标签内存储的LED光源地理位置信息，并将LED光源地 理位置信分别转换为光信息、二维码信息和多维彩码信息，并命令LED发光晶格执行发光； 所述第一光电信号转换器，用以根据微处理器的调制命令，将LED光源地理位置信息 由电信号转换为光信号； 所述第一蓝牙模块，用以接收、检测移动接收端的蓝牙信号，并将检测的蓝牙信号强度 值发送给中继定位融合装置； 所述LED光源，一方面在LED光源地理位置信息转换为二维码信息后，根据微处理器对LED发光晶格的发光或闭光命令，发出明暗相间的二维码图像；另一方面在LED光源地理位 置信息转换为多维彩码信息后，根据微处理器分别对黑光LED、蓝光LED、绿光LED和红光 LED的发光或闭光命令，发出由不同颜色组成的多维彩码图像； 所述移动接收端包括中央处理器以及分别连接中央处理器的GPS定位模块、光信号接 收器、信号放大器、滤噪器、信号比较器、第二光电信号转换器、摄像头、LTE通信模块、第二 蓝牙模块、位置匹配器和显示屏；所述信号放大器分别连接光信号接收器和滤噪器，所述信 号比较器连接滤噪器和第二光电信号转换器；所述位置匹配器分别连接第二光电信号转换 器和显示屏，所述显示屏连接摄像头，所述GPS定位模块连接LTE通信模块和显示屏；其中， 所述GPS定位模块，用以在室外环境时获取移动接收端的位置信息，并由显示屏显示位置； 所述光信号接收器，用以接收各发射端中LED光源发出的光信号，并发送接收的光信 号给信号放大器进行放大处理； 所述滤噪器，用以对放大后的光信号滤噪，然后发送给信号比较器作出判断：当光信号 强度超过预设阈值时，则将判断结果发送给第二光电信号转换器，启动光电转换； 所述第二光电信号转换器，用以将接收的光信号转换为LED光源地理位置的电信号， 由显示屏根据位置匹配器对电信号的匹配结果显示该LED光源的地理位置； 所述摄像头，用以扫描LED光源发出的二维码图像或者多维彩码图像，并由中央处理 器提取二维码图像或多维彩码图像中的LED光源地理位置信息； 所述第二蓝牙模块，用以将滤噪器处理后的各发射端的光信号强度值发送给中继定位 融合装置； 所述中继定位融合装置包括融合处理模块和第三蓝牙模块，第三蓝牙模块分别连接第 一蓝牙模块、融合处理模块和第二蓝牙模块； 所述融合处理模块，接收移动接收端发送来的各发射端的光信号强度值，并根据接收 的各光信号强度值，计算移动接收端当前所处的地理位置，并经第三蓝牙模块发送给移动 接收端；其中，计算移动接收端当前地理位置的过程依次包括如下步骤： (1)设定各发射端分别为1?1、私、1?3、1?4、一、心，发射端1? 1、私、1?3、1?4、一、1^的地理坐标 分别为（Xi,y:，Zi)、（x2,y2,z2)、（x3,y3,z3)、（x4,y4,z4)、···、（xN,yN,zN)，融合处理模块在时 间段T内接收到的各发射端的光信号强度值分别为pn,p12,p13, ···，p1M;p21，p22,p23，…，p2M; P31，P32,P33，…，P3M;…；Pm，Pn2,Pn3，…，Pnm;移动接收立而的参考地理坐标为（X，y，z)，移动接 收端的实际地理坐标为（xR，yR，zR)，N彡4,Μ彡1 ; (2) 根据融合处理模块在时间段Τ内接收到的各发射端的光信号强度值，计算每个发 射端的光信号强度值的信号强度均方根值Ρ1;其中，其中，Pi表;^发射端Ri的光信号强度值的均方根值，Ρ^表不发射端Ri的某一个光信号 强度值； (3) 根据接收到的各发射端的光信号强度均方根值？1、？2、？3、？ 4、~、仏，选取信号强度 均方根值大小位于前四位的值Pi、P2、P；3和P4; (4) 根据各发射端的信号强度均方根值Pl、p2、？3和P4，分别获取发射端Ri、R2、私和R4 到移动接收端的距离山、d2、(13和d4;其中，其中，Pl为发射端、的光信号强度均方根值，η是路径损耗指数，ξ为满足高斯分布的 随机数，其均值为零，山为发射端Rjlj移动接收端的距离，d。为参考距离，ρ。为距离移动接 收端d。处的信号强度值，v为距离估计误差，是一个数值为正数的随机变量，且i= 1,2,3,4 ； (5) 根据发射端R!、R2、私和R4的地理坐标（X!，y!，z!)、（x2,y2,z2)、（x3,y3,z3)和 (x4,y4,z4)，以及获取的距离山、d2、(13和d4，求解移动接收端的参考地理坐标（x,y,z)，求解 过程包括： (a) 对发射端1^、1?2、1?3和1?4以三个为一组，进行分组，获得四组发射端组合 ： Ri(xl，y"l，Z1)、R2(X2，y"2， Z2)渾口 R3(X3，y"3，Z3)，Ri(Xl，y"l，Z1)、R2( X2，y"2，Z2)渾口 R4(X4，5^4，Z4)， R! (x!，y!，z!)、R3 (x3,y3,z3)和R4 (x4,y4,z4)，R2 (x2,y2,z2)、R3 (x3,y3,z3)和R4 (x4,y4,z4); (b) 根据发射端札、1?2、1?3和R4的地理坐标（xyi，Zi)、（x2,y2,z2)、（x3,y3,z3)、（x4,y4,z4) 及距离山、d2、(13和d4，分别计算移动接收端的第一地理坐标（x'，y'，z'）、第二地理坐标 〇^，7"，2"）、第三地理坐标〇^'， 7"'，2"'）和第四地理坐标〇^"，7""，2""）；其中，(C)根据获取的移动接收端的第一地理坐标（X'，y'，z'）、第二地理坐标（X"，y"，z"）、第三地理坐标（x"'，y"'，z"'）和第四地理坐标〇^""，7""，2""），计算移动接收端的参考 地理坐标（x，y，z);其中，(6)根据步骤（5)中计算的移动接收端的第一地理坐标（x'，y'，z'）、第二地理坐标 〇^，7"，2"）、第三地理坐标〇^'，7"'，2"'）和第四地理坐标〇^"， 7""，2""）以及获取 的移动接收端的参考地理坐标（x，y，z)，计算移动接收端实际地理坐标（xR，yR，zR)的定位 误差Αχ,Ay,Δζ，其中：(7)根据计算的移动接收端的参考地理坐标（x，y，z)以及计算的定位误差ΔΧ，Ay,Δζ，计算移动接收端的实际坐标（xR，yR，zR):
【专利摘要】本发明涉及可见光通信无线定位系统，包括移动接收端、中继定位融合装置和若干发射端，发射端包括微处理器、LED光源、存储LED光源地理位置的RFID标签、第一光电信号转换器、第一蓝牙模块和太阳能电池；LED光源均匀地设置若干独立编号的方形LED发光晶格；LED发光晶格内均设黑光LED、蓝光LED、绿光LED和红光LED；移动接收端包括中央处理器、GPS定位模块、光信号接收器、信号放大器、滤噪器、信号比较器、第二光电信号转换器、摄像头、LTE通信模块、第二蓝牙模块、位置匹配器和显示屏；中继定位融合装置包括融合处理模块和第三蓝牙模块。该系统既能利用可见光准确定位，又能利用多维彩码或二维码交互丰富信息。
【IPC分类】G01S5/16
【公开号】CN105301562
【申请号】CN201510689382
【发明人】郑紫微, 宋健, 郭建广
【申请人】宁波大学
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年10月21日