CN112857369A - 一种基于光通信的室内定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光通信的室内定位系统，包括多个光源射频端、接收端、数据处理端，光源射频端发射带有标识信息的光信号，接收端接收到具有标识信息的光信号，数据处理端包括聚类模块、权值计算模块、定位模块和数据库，权值计算模块根据该区域点的位置和信号强度数据计算出权值和阀值，并将权值和阀值发送至定位模块，定位模块根据权值和阀值以及当前检测数据确立各个光源射频端到接收端的距离，从而确定接收端的位置坐标。本发明通过聚类模块、权值计算模块和定位模块可以更加精准的进行定位，提高定位的精度，减少发射端与接收端之间因为不同阻隔物造成的信号误差以及各种信号交织带来的影响，从而更能满足实际的定位需求。

Description

一种基于光通信的室内定位系统

技术领域

本发明涉及定位技术领域，特别涉及一种基于光通信的室内定位系统。

背景技术

为了准确定位室内各个位置，通常需要将多个LED光源布置在室内的各个区域，由于LED光源具有覆盖面大、环保节能、可用光谱宽的特点，可以在提供照明的同时对室内各个地方进行准确定位，通常在定位时采用基于信号强度数据进行识别并定位，但由于发射端与接收端之间的阻隔物的不同导致信号衰减的系数也不相同，且信号受到光源本身的影响导致定位过程中存在误差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于光通信的室内定位系统，解决因发射端与接收端之间不同阻隔物造成的信号误差以及各种信号交织带来的影响所造成的定位不精准的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明一种基于光通信的室内定位系统，包括多个光源射频端、接收端、数据处理端，所述光源射频端发射带有标识信息的光信号，并将光信号转换为信号强度发送至数据处理端，所述接收端接收到具有标识信息的光信号，并将光信号转换为信号强度发送至数据处理端，所述数据处理端包括聚类模块、权值计算模块、定位模块和数据库，所述数据库将室内按照信号衰弱强度的不同分成若干区域，记录区域内的任意一个点的位置和该点位置的信号发射强度、接收强度数据，所述聚类模块将当前检测数据放入数据库中进行聚类计算，从而检测出当前数据位于何种区域，并根据数据库将该区域点的位置和信号强度数据发送至权值计算模块，所述权值计算模块根据该区域点的位置和信号强度数据计算出权值和阀值，并将权值和阀值发送至定位模块，所述定位模块根据权值和阀值以及当前检测数据确立各个光源射频端到接收端的距离，从而确定接收端的位置坐标。

作为本发明的一种优选技术方案，所述光源射频端包括信息调制模块，所述信息调制模块根据不同的光源射频端的位置调制带有标识信息的光信号，所述接收端包括信息识别模块，所述信息识别模块根据接收到的光信号的标识信息识别该信号发射源。

作为本发明的一种优选技术方案，还包括无线通信模块，所述无线通信模块为光源射频端、接收端和数据处理端之间提供信号传输通道。

作为本发明的一种优选技术方案，所述聚类模块采用kmeans聚类算法，将当前光源射频端的数据信号和接收端的数据信号放入数据库中，根据不同的区域数量设定k个类，并设定每个类的质心，计算当前光源射频端的数据信号和接收端的数据信号属于哪一类，再重新计算该类的质心，直到收敛，从而确定当前当前光源射频端的数据信号和接收端的数据信号的类别。

作为本发明的一种优选技术方案，所述定位模块和权值计算模块的公式为

U＝Z+Rlog₁₀d+T_S

其中，U为接收端接收到光源射频端S发出的信号强度，Z为光源射频端S发射的信号强度，R为权值，T_S为光源射频端S的阀值，d为光源射频端S到接收端的距离。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明通过聚类模块、权值计算模块和定位模块可以更加精准的进行定位，提高定位的精度，减少发射端与接收端之间因为不同阻隔物造成的信号误差以及各种信号交织带来的影响，从而更能满足实际的定位需求。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的整体结构示意图；

图中：1、光源射频端；2、接收端；3、数据处理端；4、聚类模块；5、权值计算模块；6、定位模块；7、数据库；8、信息调制模块；9、信息识别模块；10、无线通信模块。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

此外，如果已知技术的详细描述对于示出本发明的特征是不必要的，则将其省略。

实施例1

如图1所示，本发明提供一种基于光通信的室内定位系统，包括多个光源射频端1、接收端2、数据处理端3，光源射频端1发射带有标识信息的光信号，并将光信号转换为信号强度发送至数据处理端3，接收端2接收到具有标识信息的光信号，并将光信号转换为信号强度发送至数据处理端3，数据处理端3包括聚类模块4、权值计算模块5、定位模块6和数据库7，数据库7将室内按照信号衰弱强度的不同分成若干区域，记录区域内的任意一个点的位置和该点位置的信号发射强度、接收强度数据，聚类模块4将当前检测数据放入数据库7中进行聚类计算，从而检测出当前数据位于何种区域，并根据数据库7将该区域点的位置和信号强度数据发送至权值计算模块5，权值计算模块5根据该区域点的位置和信号强度数据计算出权值和阀值，并将权值和阀值发送至定位模块6，定位模块6根据权值和阀值以及当前检测数据确立各个光源射频端1到接收端2的距离，从而确定接收端2的位置坐标。

还包括无线通信模块10，无线通信模块10为光源射频端1、接收端2和数据处理端3之间提供信号传输通道，光源射频端1包括信息调制模块8，信息调制模块8根据不同的光源射频端1的位置调制带有标识信息的光信号，接收端2包括信息识别模块9，信息识别模块9根据接收到的光信号的标识信息识别该信号发射源，通过带有标识信息的信号可以区分不同光源射频端1，从而保证数据之间能够相互对应，提高准确性。

聚类模块4采用kmeans聚类算法，将当前光源射频端1的数据信号和接收端2的数据信号放入数据库7中，根据不同的区域数量设定k个类，并设定每个类的质心，计算当前光源射频端1的数据信号和接收端2的数据信号属于哪一类，再重新计算该类的质心，直到收敛，从而确定当前光源射频端1的数据信号和接收端2的数据信号的类别，下面进行举例说明：设当前光源射频端1的数据信号和接收端2的数据信号转换为特征数据后为x^(m+1)，将当前数据放入数据库{x⁽¹⁾、x⁽²⁾……x^(m)}中得到训练样本集{x⁽¹⁾、x⁽²⁾……x^(m+1)}，数据库根据发射端与接收端阻隔物的不同划分多个区域，根据不同的区域数量设定k个类，并设定每个类的质心μ₁，μ₂，...，μ_k，重复下面过程直到收敛{

对于每一个样例i，计算其应该属于的类

对于每一个类j，重新计算该类的质心

}

x⁽ⁱ⁾属于训练样本集{x⁽¹⁾、x⁽²⁾……x^(m+1)}，c⁽ⁱ⁾代表样例i与k个类中距离最近的那个类，c⁽ⁱ⁾的值是1到k中的一个。质心μ_j代表我们对属于同一个类的样本中心点的猜测。

由上述计算可以得到C^(m+1)，即样例m+1(当前数据)与k个类中距离最近的那个类，从而根据该类别输出与当前数据位于同一类别的点的位置和该点位置的信号发射强度、接收强度数据。

定位模块6和权值计算模块5的公式为

U＝Z+Rlog₁₀d+T_S

其中，U为接收端接收到光源射频端S发出的信号强度，Z为光源射频端S发射的信号强度，R为权值，T_S为光源射频端S的阀值，d为光源射频端S到接收端的距离。

权值计算模块5利用多组光源射频端1的计算公式得到该区域的权值R以及各个不同的光源射频端1在该区域的阀值，再将各个不同的光源射频端1在该区域的阀值和该区域的权值与当前光源射频端1的数据信号和接收端2的数据信号相结合，计算出各个光源射频端1到接收端2的距离，从而确定接收端2的位置坐标。

本发明通过聚类模块、权值计算模块和定位模块可以更加精准的进行定位，提高定位的精度，减少发射端与接收端之间因为不同阻隔物造成的信号误差以及各种信号交织带来的影响，从而更能满足实际的定位需求。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于光通信的室内定位系统，其特征在于，包括多个光源射频端(1)、接收端(2)、数据处理端(3)，所述光源射频端(1)发射带有标识信息的光信号，并将光信号转换为信号强度发送至数据处理端(3)，所述接收端(2)接收到具有标识信息的光信号，并将光信号转换为信号强度发送至数据处理端(3)，所述数据处理端(3)包括聚类模块(4)、权值计算模块(5)、定位模块(6)和数据库(7)，所述数据库(7)将室内按照信号衰弱强度的不同分成若干区域，记录区域内的任意一个点的位置和该点位置的信号发射强度、接收强度数据，所述聚类模块(4)将当前检测数据放入数据库(7)中进行聚类计算，从而检测出当前数据位于何种区域，并根据数据库(7)将该区域点的位置和信号强度数据发送至权值计算模块(5)，所述权值计算模块(5)根据该区域点的位置和信号强度数据计算出权值和阀值，并将权值和阀值发送至定位模块(6)，所述定位模块(6)根据权值和阀值以及当前检测数据确立各个光源射频端(1)到接收端(2)的距离，从而确定接收端(2)的位置坐标。

2.根据权利要求1所述的一种基于光通信的室内定位系统，其特征在于，所述光源射频端(1)包括信息调制模块(8)，所述信息调制模块(8)根据不同的光源射频端(1)的位置调制带有标识信息的光信号，所述接收端(2)包括信息识别模块(9)，所述信息识别模块(9)根据接收到的光信号的标识信息识别该信号发射源。

3.根据权利要求1所述的一种基于光通信的室内定位系统，其特征在于，还包括无线通信模块(10)，所述无线通信模块(10)为光源射频端(1)、接收端(2)和数据处理端(3)之间提供信号传输通道。

4.根据权利要求1所述的一种基于光通信的室内定位系统，其特征在于，所述聚类模块(4)采用kmeans聚类算法，将当前光源射频端(1)的数据信号和接收端(2)的数据信号放入数据库中，根据不同的区域数量设定k个类，并设定每个类的质心，计算当前光源射频端(1)的数据信号和接收端(2)的数据信号属于哪一类，再重新计算该类的质心，直到收敛，从而确定当前当前光源射频端(1)的数据信号和接收端(2)的数据信号的类别。

5.根据权利要求1所述的一种基于光通信的室内定位系统，其特征在于，所述定位模块(6)和权值计算模块(5)的公式为

U＝Z+Rlog₁₀d+T_S

其中，U为接收端接收到光源射频端S发出的信号强度，Z为光源射频端S发射的信号强度，R为权值，T_S为光源射频端S的阀值，d为光源射频端S到接收端的距离。

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