CN103744088B - 基于可见光通信和ccr的目标定位追踪系统 - Google Patents

基于可见光通信和ccr的目标定位追踪系统 Download PDF

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Abstract

一种基于可见光通信和CCR的目标定位追踪系统，包括带有不同编号的多个LED灯具和带有不同编号的多个角锥棱镜调制器，其中，所述LED灯具包括照明LED和若干带有不同编号的光电探测器，当某个照明LED发出光线入射至某个角锥棱镜调制器的反射镜面时，该角锥棱镜调制器将其编号调制入反射光中向外发送，该编号信息被该LED灯具上的光电探测器接收，进而送至控制中心，由控制中心根据LED灯具、角锥棱镜调制器和光电探测器的编号判断出角锥棱镜调制器所在位置，本发明在LED照明覆盖区域工作，对携带专用接收器的目标进行定位追踪，具有无射频辐射、成本低、改装难度小、系统稳定性强、精度高等特点。

Description

基于可见光通信和CCR的目标定位追踪系统
技术领域
本发明属于目标定位技术领域，特别涉及一种基于可见光通信和CCR的目标定位追踪系统。
背景技术
目标追踪定位在很多场合具有广泛的应用需求，现有的一些定位追踪手段有：利用用户携带的GPS定位模块获取用户位置信息，并通过无线通信方式回传至控制中心；利用摄像头网络获取用户信息，并通过有线网回传至控制中心；利用RFID技术，定位追踪携带有RFID模块用户的位置。这几种手段互有优劣：利用GPS的方案成本较低，但要求用户携带专用设备，且GPS在室内或者市区中心等区域信号微弱几乎无法使用；利用摄像头传感器的方案实现了被动追踪定位，无需用户携带专用设备，但方案成本高昂且成本随着覆盖范围的增大而不断变大，同时需要配合图像识别算法识别用户，精度较低；利用RFID方案受限于RFID的检测范围，RFID的检测范围较小。
在一些场景下，上述的几种方案都不是很适用，比如对于矿井下矿工或者矿车的定位追踪，矿下无法使用射频通信，且没有GPS信号，摄像头监控成本高昂；再比如在大型公共区域（机场、车站、博物馆、体育馆等）内对安保人员/工作人员的定位追踪，这种室内区域没有GPS信号，人流密集加剧了摄像头识别的难度，被追踪人员移动范围较大不适用RFID连续追踪。这时就需要一种成本低、无需用户持有专用设备、精度高的定位追踪方案。
随着近年来照明LED技术快速发展，白光LED的能量转换效率不断提高，使用寿命不断加长，生产成本不断降低，已经成为主流的照明方式。可见光通信是一种利用照明LED作为发射机的新型无线通信手段，它具有绿色无电磁辐射。伴随着LED照明普及率的不断提高，泛在的LED照明灯都可以成为可见光通信的发射机。加上LED光通信具有无电磁辐射等优点，更加促进了可见光通信技术的快速发展。
角锥棱镜调制器（CubeCornerRetro-reflector，CCR）是一种无线光通信的被动发射器。所谓被动发射器是指它无需本身产生光源，通过对接收到的光进行反射和调制来发送信息。一种典型的CCR的示意图如图1所示。
在图1中，默认情况下A、B、C是两两互相垂直的三个反射镜面。这样，一束从任意角度入射的入射光在照射到A、B、C任意一个平面后，都会在经历两次反射，沿着平行入射方向的方向反射回去。需要说明的是B、C面是固定的，而A面在调制信号控制下会有角度偏转。当调制信号为1的时候A处于默认状态，与B、C垂直，这样回射光束与入射光束平行，在光源处放置接收机可以接收到回射信号，表现为1；当调制信号为0的时候，A面会稍稍偏转，与默认状态有一个夹角，与B、C不再互相垂直，这样回射光束不再与入射光束平行，放置在光源出的接收机无法接收到回射信号，表现为0。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于可见光通信和CCR的目标定位追踪系统，在该系统中，被定位追踪的用户无需携带光源，只需要携带带有CCR模块的被动发射机即可被控制中心定位追踪。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于可见光通信和CCR的目标定位追踪系统，包括带有不同编号的多个LED灯具和带有不同编号的多个角锥棱镜调制器，其中，所述LED灯具包括照明LED和若干带有不同编号的光电探测器，当某个照明LED发出光线入射至某个角锥棱镜调制器的反射镜面时，该角锥棱镜调制器将其编号调制入反射光中向外发送，该编号信息被该LED灯具上的光电探测器接收，进而送至控制中心，由控制中心根据LED灯具、角锥棱镜调制器和光电探测器的编号判断出角锥棱镜调制器所在位置。
所述LED灯具中，照明LED朝下，光电探测器安装在照明LED的上方，侧向安装，面向不同方向绕成一个圆圈。
所述角锥棱镜调制器的一个平面受调制器控制而改变角度。
与现有技术相比，本发明针对一些室内定位追踪需求中，目标动态性强、应用场景无线信号屏蔽等特点，在LED照明覆盖区域工作，对携带专用接收器的目标进行定位追踪，具有无射频辐射、成本低、改装难度小、系统稳定性强、精度高等特点。
附图说明
图1是一种典型的CCR示意图。
图2是本发明系统框图。
图3是本发明系统专用LED灯具示意图。
图4是本发明定位示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图2所示，一种基于可见光通信和CCR的目标定位追踪系统，包括带有不同编号的多个LED灯具1和带有不同编号的多个角锥棱镜调制器2，LED灯具1向下照明并具有较大的发散角，角锥棱镜调制器2由目标3携带。
如图3所示，LED灯具1包括照明LED11和若干带有不同编号的光电探测器（PD）12，照明LED11朝下照明，光电探测器12安装在照明LED11的上方，侧向安装，面向不同方向绕成一个圆圈。
被追踪的目标3需要携带专用设备，专用设备的核心是角锥棱镜调制器2。角锥棱镜调制器2可以但不限于是由MEMS技术制造的，它的工作原理在背景技术中有所叙述，角锥棱镜调制器2的一个平面可以受调制器控制而改变角度，当该平面与另两个平面垂直时，入射到角锥棱镜调制器2的光被原路返回，当该平面与另两个平面有一定角度并不垂直时，入射到角锥棱镜调制器2的光不能按照原方向返回。目标3手持的角锥棱镜调制器2内固定发送该目标的专有ID，用于代表这个目标。当目标3携带角锥棱镜调制器2，在照明LED11覆盖范围内活动时，角锥棱镜调制器2会利用反射光向覆盖到它的照明LED11回送当前目标的专有ID信息，该信息会被LED灯具1上的一个或多个光电探测器12接收，进而传送至控制中心。控制中心会对信息内容和来源进行分析，分析信息的内容可以获知的目标ID，进一步分析信息的来源则可以定位该ID对应目标的具体位置。定位方法如下：首先利用接收该ID的LED灯具1的编号（设为k），可以得知该目标在k号LED灯的覆盖范围内；进而，可以利用接收该ID的光电探测器12编号（设为m1，m2，…，即k号灯的m1,m2,…等PD接收到了该ID目标的回射信息），可以得知该目标在k号灯第m1,m2,…等PD的视场范围的公共区域内。由于每个灯具上有多个光电探测器12，所以每个光电探测器12的视场范围都小于LED照明11的覆盖范围，定位精度很高。具体定位示意图如图4所示。

Claims (2)

1.一种基于可见光通信和CCR的目标定位追踪系统，包括带有不同编号的多个LED灯具和带有不同编号的多个角锥棱镜调制器，其中，所述LED灯具包括照明LED和若干带有不同编号的光电探测器，当某个照明LED发出光线入射至某个角锥棱镜调制器的反射镜面时，该角锥棱镜调制器将其编号调制入反射光中向外发送，该编号信息被该LED灯具上的光电探测器接收，进而送至控制中心，由控制中心根据LED灯具、角锥棱镜调制器和光电探测器的编号判断出角锥棱镜调制器所在位置，其特征在于，所述LED灯具中，照明LED朝下，光电探测器安装在照明LED的上方，侧向安装，面向不同方向绕成一个圆圈。
2.根据权利要求1所述的基于可见光通信和CCR的目标定位追踪系统，其特征在于，所述角锥棱镜调制器的一个平面受调制器控制而改变角度。
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