[发明专利]基于可转动的倾斜接收端的室内定位系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于室内定位领域，涉及一种基于可转动的倾斜的单个光电检测器作为接收端的室内定位系统及方法。

背景技术

可见光通信技术，是利用荧光灯或发光二极管等发出的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号来传输信息的，尤其在室内场景下，可见光通信正朝照明通信一体化的方向不断发展，该技术不仅绿色节能环保，不占用频谱资源，而且对人们不会产生任何辐射伤害。

现今经济和科技的不断发展，人们对于导航和定位服务的需求也日益增大，虽然在室外环境下，GPS定位技术已经可以满足人们对位置信息的需求，定位精度达到几米，但是在大型建筑物内部和复杂的室内环境下，却容易出现由于障碍物阻隔等原因导致无法实现准确定位的情况。目前在解决这一个问题上，可见光室内定位技术为我们提供了一种定位精度更高，系统成本更低的定位方案，引起了国内外学者的关注。

可见光室内定位技术实现了室内照明通信的一体化。借助LED在室内照明场景下的广泛分布，将定位信息加载到光上实现定位区域的覆盖，不需要额外布置定位设备，大大减少能源消耗，更加绿色环保，只需把控制芯片加载到光上，同时降低了定位硬件系统的成本。而且光与电磁波信号不同，光信号的抗干扰能力强，环境背景光不会对定位信号产生影响。更为重要的是可见光不占用频谱资源，不会受到电磁波的干扰，同样也不会对人体造成辐射伤害。因此，在室内定位领域，相比其他定位技术可见光室内定位技术在应用上具有很大的优势，急需开展这方面的项目研究。

经对现有文献检索发现 , 在已有的基于 VLC 的室内定位系统中，接收端的设备较为复杂，并需要在多个光电接收器的配合下才能实现定位系统的定位，但因为器件过多并且同时操作存在误差等，会导致定位不精确。

发明内容

技术问题：本发明提供了一种精确度高、系统架构灵活多变的基于可转动的倾斜接收端的室内定位系统以及方法。

技术方案：本发明的基于可转动的倾斜接收端的室内定位系统，包括发射端与接收端，发射端为LED光源，，接收端为单个可转动倾斜三维PD接收端，包括能够进行360°旋转的具有刻度的旋转平台、与所述旋转平台连接的具有倾斜平面的圆柱体、安装在所述倾斜平面上的光电检测器、与所述光电检测器的输出端连接的数字频谱分析仪。

本发明室内定位系统的优选方案中，旋转平台上设置有等间隔划分的水平刻度。

本发明室内定位系统的优选方案中，数字频谱分析仪用于对光电接收端的输出信号进行量化与分析并读取信号电压值，数字频谱分析仪的输入端与光电检测器输出端的各个管脚连接。

本发明的基于可转动的倾斜接收端的室内定位方法，基于上述室内定位系统，通过检测光电检测器在不同角度接收到的功率之间的差值来实现定位，包括以下步骤：

1）以测试点为中心，将光电检测器等间隔旋转多个角度，用频谱分析仪检测光电检测器在多个角度的接收光功率；

2）再根据角度增益算法，比较不同旋转角度时PD的接收光功率差值，得到测试点相对于发射端LED光源的位置信息。

本发明中的发射端由载波加载的LED光源组成，单个可转动倾斜三维PD接收端包括能够进行360°旋转的具有刻度的旋转平台、与所述旋转平台连接的具有倾斜平面的圆柱体、安装在所述倾斜平面上的光电检测器，并且该接收端在圆形平台具有一个可拆卸可收缩的支架。在可进行360°旋转的具有刻度的旋转圆形平台上，将平台与一个具有倾斜平面的圆柱体相连接，并使倾斜面朝上，将光电检测器与倾斜面相固定，即组成了我们的光电接收端。

本发明中，可转动倾斜三维PD接收端以单个具有倾斜角的并可以旋转任意角度和改变与发射端LED光源之间距离的光电检测器代替在普通可见光室内定位方法中多个光电接收端，并且本发明中的这一个光电检测器便可以实现多个光电接收端共同作用才能实现的同样的功能。

本发明定位系统在进行二维空间的定位时，在光源LED与PD之间，通过对可转动倾斜PD接收端进行多次旋转，计算得到不同角度时接收端接收到功率之间的差值。依据已有的角度增益算法，分析不同角度处功率差值的关系来实现定位。所述光室内定位技术实现了室内照明通信的一体化。

在本发明中，所述发射端模块包括具有载波加载的LED光源和电源供电模块。所述载波加载的LED光源借助LED在室内照明场景下的广泛分布，将定位信息加载到光上实现定位区域的覆盖，能够降低成本和节省能源。