CN206773178U - 一种基于载波相位测量的可见光通讯室内定位装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于载波相位测量的可见光通讯室内定位装置，该装置包括同步时钟发射源、至少三个灯具发射机和至少一个接收机；其中每个灯具发射机包括相应的发射机和与之电连接的LED灯具，同步时钟发射源和每个灯具发射机通过网络连接总线进行通信。本实用新型具有结构简单、成本低廉的特点，适合推广应用。

Description

一种基于载波相位测量的可见光通讯室内定位装置

技术领域

本实用新型属于室内定位技术领域，具体地说，涉及一种基于载波相位测量的可见光通讯室内定位装置。

背景技术

当前室内定位导航技术大多采用无线射频的方式，例如Wi-Fi、ZigBee等，但是都需要额外设置收发天线和收发器，带来了额外的成本和安装负担。目前由于LED灯具的普及，使得基于可见光通信的室内定位技术开始获得发展。现在这些基于可见光通信的定位技术均依据获取光强信息，然后依据现有的光强场域模型进行计算从而得到接收机(即用户)到发射机(即作为信号源的LED灯具)之间的距离，最后通过定位算法求解接收机坐标。

传统利用光强信息定位方法受到多种因素影响，其定位误差变化较大，尤其在某些特殊条件下难以实现准确定位。这些误差影响因素主要包括LED灯具的不一致性、光学通路受遮挡和多径效应等多方面。例如，实际应用中各LED灯具在制造、光学特性、安装参数等方面均存在不一致性，因此使用统一的光学场域模型计算光强衰减会带来一定的误差，而这种误差会进一步影响后期定位计算的定位误差。同理，在实际使用中，场景中各物体的光学反射模型不经并不一样，而且难以获得该模型，因此其多径效应的影响也存在不一致性。显然，若考虑更为复杂的情况，例如使用者的人为遮挡方式、接收机非水平放置等多种因素，其室内定位精度将会更低。

为降低传统基于可见光通信的定位方法的误差，目前往往采用两种方式提高定位精度。一种方式是降低定位场景的外在影响因素，例如严格限定接收机处于水平放置。这种方式虽然提高了定位精度但是其通用性或适用场景受到极大的影响。另一种方式则将其他传感器信息与可见光定位信息进行融合以提高定位精度。例如，利用陀螺仪获取短时间的移动坐标，然后与可见光定位信息融合可以降低误差。或者利用Wi-Fi定位信息与可见光定位信息融合以提高定位精度。但是这种方式均需要额外的系统，增加了系统的成本、复杂度和计算量。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述技术存在的缺陷，提供一种结构简单、成本低廉的基于载波相位测量的可见光通讯室内定位装置。

其具体技术方案为：

一种基于载波相位测量的可见光通讯室内定位装置，包括同步时钟发射源1、灯具发射机2和接收机4；其中每个灯具发射机2包括相应的发射机和与之电连接的LED灯具，同步时钟发射源1和每个灯具发射机2通过网络连接总线3进行通信。

进一步，所述灯具发射机2的数量为至少三个。

进一步，所述接收机4的数量为至少一个。

每个灯具发射机的发射机2通过网络连接总线3获得同步时钟发射源1的定时信息，每个灯具发射机2的发射机接收来自同步时钟发射源1的同步信号，并在接收到同步信号后输出经过调制的通讯信号；每个接收机通过接收至少三个灯具发射机2的LED灯具所发出的经过调制的灯光，分别解算所携带的调制信息，从而分别获取各发射机与接收机4之间的相位差；根据获得到的相位差计算接收机4到各LED灯具之间的距离，并利用相应的LED灯具的位置坐标，计算得到接收机的位置坐标。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型避免了周围环境对光强场域的影响导致的误差问题，并且不需要与其他传感器的测量信息进行融合就可以做到较高精度的定位。本实用新型具有结构简单、成本低廉的特点，适合推广应用。

附图说明

图1为本实用新型基于载波相位测量的可见光通讯室内定位装置的结构示意图；

图中：1－同步时钟发射源、2－发射机、3－网络连接总线、4－接收机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案作进一步详细地说明。

如图1所示，一种基于载波相位测量的可见光通讯室内定位装置，包括同步时钟发射源1和n个灯具发射机，每个灯具发射机包括相应的发射机2和与之电连接的LED灯具，其中同步时钟发射源1和n个灯具发射机通过网络连接总线3进行通信，每个灯具发射机的发射机2通过网络连接总线3获得同步时钟发射源1的定时信息，每个灯具发射机的发射机2对相应的LED灯具使用的直流电源进行调制，从而使得LED灯具发出的灯光是经过调制的，可以携带经过调制的信息，该调制信息的内容包括灯具发射机(即相应的LED灯具的安装位置)的位置坐标和从同步时钟发射源1获得的定时信息的时间戳，其中时间戳具有ns级精度，以保证定位精度。接收机4通过接收至少三个灯具发射机的LED灯具所发出的经过调制的灯光，进行解调制，在接收机4中实时解算所接收到的各个灯具发射机的LED灯具所发出的灯光所携带的调制信息，从而能够分别计算接收机4与所能够接收到的各个灯具发射机的LED灯具之间的距离，通过该接收机4与接收到的LED灯具之间的距离以及相应的LED灯具的位置坐标，从而能够计算得到接收机4的位置坐标。

多个具有调制功能的LED灯具(LED1-LEDn)通过相应的多个灯具发射机(发射机1-发射机n)发射经过信息调制的可见光，所述可见光的调制信息中包括相应LED灯具的位置信息；接收机通过可见光获得多个LED灯具发出的调制信息后，获取相应LED灯具到接收机之间的相差变化，即伪距；通过最小二乘方法求解超定方程获取实际距离；进而获取接收机的坐标信息。

在上述技术方案中，通过至少3个LED灯具的位置信息和到接收机的距离计算得到接收机的三维坐标。

在上述技术方案中，每个灯具发射机的发射机对相应的LED灯具的直流驱动电源进行调制，加载频率为f_s的载波信号。

在上述技术方案中，每个接收机获得所能够接收到的各个LED灯具的灯光中所携带的调制信息后，利用相敏检波技术和载波同步技术获取发射机与接收机的相位差初始测量值若假设接收机与发射机之间的相位不同步之差为则实际相差显然LED灯具到接收机之间的实际距离L可以由载波波长λ和相位差求出，因此

在上述技术方案中，由于所有LED灯具均同步发射，故可认为对于不同LED灯具而言相等。更进一步，当获得多个LED灯具的位置信息以及载波相位差则可有矩阵方程组

对上述方程组采用最小二乘法解算出接收机到各LED灯具的距离[L]_N×1，进而可获得接收机的位置坐标(x,y,z)。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，本实用新型的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本实用新型的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于载波相位测量的可见光通讯室内定位装置，其特征在于，包括同步时钟发射源(1)、灯具发射机(2)和接收机(4)；其中每个灯具发射机(2)包括相应的发射机和与之电连接的LED灯具，同步时钟发射源(1)和每个灯具发射机(2)通过网络连接总线(3)进行通信。

2.根据权利要求1所述的基于载波相位测量的可见光通讯室内定位装置，其特征在于，所述灯具发射机(2)的数量为至少三个。

3.根据权利要求1所述的基于载波相位测量的可见光通讯室内定位装置，其特征在于，所述接收机(4)的数量为至少一个。