CN112394322B - 一种基于两步法实现室内可见光通信系统精确定位的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于两步法实现室内可见光通信系统精确定位的方法，通过将室内分割成多个相同的小区块，然后对室内空间的物体进行粗定位，确认在哪个小区块内后再进行精确定位，本发明中通过对室内现有光源进行较小的改造即可实现定位信息的传输，同时定位的周期时间十分短暂，便于多次重复定位，提高定位精度。

Description

一种基于两步法实现室内可见光通信系统精确定位的方法
技术领域
本发明涉及可见光通信的应用领域，具体涉及一种基于两步法实现室内可见光通信系统精确定位的方法。
背景技术
传统的基于卫星定位系统(包括GPS、北斗、GLONASS等)已经可在室外提供精度较高的位置服务，结合蜂窝无线通信的基站辅助定位技术可以实现包括车辆导航、空间定位、路径指引等类型服务。而室内环境中由于无线信号传播受自然障碍物及建筑等的影响，难以实现完全覆盖。随着城市化的发展，各类超大型商业和居住综合体建筑日益流行，室内精确定位需求日益迫切。包括Google等国外许多企业和科研机构均投入了极大精力开展室内精确定位相关技术的研究，以满足包括医院、图书馆、超市、购物中心等各类室内场景中的定位需求。
可见光通信(VLC)是一种基于发光二极管(LED)为光源、在照明的同时实现高速无线接入的新技术。可见光通信具有人眼安全、带宽资源丰富、反射功率高、无需无线电频谱授权、无电磁干扰等优点。已经被学术界和工业界广泛认可为未来室内精确定位最佳解决方案之一。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种基于可见光通信系统精确定位的方法，来对室内物体进行高效定位。
技术方案：本发明所述的一种基于两步法实现室内可见光通信系统精确定位的方法，包括有以下步骤：
S1:室内平面空间内用M个2*2成矩形状的光源构成的小平面区块填充满，相邻小平面区块中的光源重叠部分共用同一个光源；
S2:在室内空间任意一点设置待定位的接收器，所述接收器包括有光传感器、存储模块和计算模块；
S3:所有光源以亮t1秒，熄灭t2秒的方式闪烁k次，花费k×(t1+t2)秒后，完成接收器与光源周期的时间同步；
S4:完成接收器和光源周期的时间同步后对接收器进行粗定位，依次使整个光源构成的M个2*2的小矩形平面区块中的光源以S3中的方式闪烁1次，接收器通过光传感器在每个闪烁周期都进行检测，保留明暗差别最大的时间记录，即在粗定位阶段，接收器保留了对应于明暗差别最大的周期的时间信息，通过该时间信息，确定了接收器在所有M个2*2的小矩形平面区块中的位置；
S5：完成粗定位阶段后，采用TDOA、TOA或RSS方法对接收器完成细定位，最终确定接收器在室内的精确位置。
作为优选，所述S1中所有光源构成的M个2*2的小矩形平面区块大小根据室内现场情况进行调节。
作为优选，所述S3中t1和t2范围在10纳秒至10毫秒之间。
作为优选，所述接收器内预先存储有平面空间内所有光源构成的2*2小矩形平面区块的分布图以及每个小矩形平面区块所对应的时间周期。
作为优选，所述光源使用LED灯和ook装置，结合定时设备完成。
技术原理：首先将室内空间分割成数个大小相同的小块，再对室内接收器与光源进行同步，使接收器确认粗定位的开始时间，然后对接收器进行粗定位，确认接收器在室内空间的哪个小块内，最后采用TDOA、TOA或RSS方法对接收器在这个小块内进行精确定位，确认接收器位置。
有益效果：基于本发明中可见光通信的室内精确定位方法，能够高效，精确的对室内物体进行定位，同时本发明对一般照明设施做较小的改进即可实现传输定位信息的效果，可以适应复杂或者巨大的室内环境。
附图说明
图1是本发明中对室内平面空间的分割示意图。
具体实施方式
在本实施例中，在室内平面空间设置如图1所示的21个LED灯做为光源，LED灯与ook装置，结合定时设备，改造成能够传输定位信息的光源，将整个光源构成的矩形划分成12个由2*2个光源构成的小矩形平面区块，每个平面区块；空间内任意一点设置一个包含有光传感器、存储模块和计算模块的接收器，接收器内预先存储有平面空间内所有光源构成的2*2小矩形平面区块的分布图以及每个小矩形平面区块所对应的时间周期。
在实施时，通过以下步骤，对接收器进行定位：
S1：所有光源以亮10纳秒，灭50纳秒的方式闪烁6次，花费360纳秒后，完成接收器与光源周期的同步；
S2：完成接收器和光源周期的时间同步后对接收器进行粗定位，依次使整个光源构成的9个2*2的小矩形平面区块中的光源以S1中的方式闪烁1次，接收器通过光传感器在每个闪烁周期都进行检测，保留明暗差别最大的时间记录，即在粗定位阶段，接收器保留了对应于明暗差别最大的周期的时间信息，通过该时间信息，对比预先存储在接收器内的每个小矩形平面区块所对应的时间周期，确定了接收器在所有9个2*2的小矩形平面区块中的位置；
S3:完成粗定位阶段后，采用TDOA、TOA或RSS方法对接收器完成细定位，最终确定接收器在室内的精确位置。
通过上述步骤，完成整个接收器在室内空间的精确定位，由于本发明仅需对一般的照明设施进行较小的改进：加装ook装置以及结合定时设备，即可实现传输定位信息的效果，较现有的定位设备在实现上较为容易，同时定位的周期短暂，耗时少，便于多次重复定位增加精确度。

Claims (5)

1.一种基于两步法实现室内可见光通信系统精确定位的方法，其特征在于：包括有以下步骤：
S1:室内平面空间内用M个2*2成矩形状的光源构成的小平面区块填充满，相邻小平面区块中的光源重叠部分共用同一个光源；
S2:在室内空间任意一点设置待定位的接收器，所述接收器包括有光传感器、存储模块和计算模块；
S3:所有光源以亮t1秒，熄灭t2秒的方式闪烁k次，花费k×(t1+t2)秒后，完成接收器与光源周期的时间同步；
S4:完成接收器和光源周期的时间同步后对接收器进行粗定位，依次使整个光源构成的M个2*2的小矩形平面区块中的光源以S3中的方式闪烁1次，接收器通过光传感器在每个闪烁周期都进行检测，保留明暗差别最大的时间记录，即在粗定位阶段，接收器保留了对应于明暗差别最大的周期的时间信息，通过该时间信息，确定了接收器在所有M个2*2的小矩形平面区块中的位置；
S5：完成粗定位阶段后，采用TDOA、TOA或RSS方法对接收器完成细定位，最终确定接收器在室内的精确位置。
2.根据权利要求1所述的基于两步法实现室内可见光通信系统精确定位的方法，其特征在于：所述S1中每个2*2大小的的小矩形平面区块的大小根据室内现场情况进行调节。
3.根据权利要求1所述的基于两步法实现室内可见光通信系统精确定位的方法，其特征在于：所述S3中t1和t2范围在10纳秒至10毫秒之间。
4.根据权利要求1所述的基于两步法实现室内可见光通信系统精确定位的方法，其特征在于：所述接收器内预先存储有平面空间内所有光源构成的2*2小矩形平面区块的分布图以及每个小矩形平面区块所对应的时间周期。
5.根据权利要求1所述的基于两步法实现室内可见光通信系统精确定位的方法，其特征在于：所述光源使用LED灯和ook装置，结合定时设备完成。
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