[发明专利]一种核电站的三维光定位系统

说明书

本发明公开了一种核电站应用的三维光定位方法，所述系统的发射端包括K个发光二极管，所属系统的接收端包括到达角估计器和电子罗盘。该方法基于多个发光二极管通过光电传感器测量入射光信号方向，通过电子罗盘测量接收机方向，基于这些测量值可以计算接收机的三维坐标。本发明不依赖同步或调制解调系统，运算复杂度低，可通过增加LED数量提高定位精度。

技术领域

本发明涉及可见光定位技术领域，特别是一种基于多个发光二极管的三维光定位方法。

背景技术

为了保证设备安全，核电站内部存在无电磁辐射区。在这些区域内，传统的射频定位方式不能应用。可见光定位系统具有低成本、高精度的特点，因此适用于核电站场景。目前，在基于可见光的室内定位技术中，基于到达角(Angle of Arrival,AOA)的可见光定位算法以其低成本、高精度、低运算复杂度被认为是最具应用潜力的室内定位方法。然而已有的可见光AOA定位算法需要求解非线性方程；或者依赖神经网络或数值积分等复杂算法，实现成本较高；或是无法通过增加LED数量提升定位精度。因此，已有的光定位AOA算法很难应用在电源受限或运算能力受限的小型移动设备或机器人上。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是现有无线光定位系统硬件成本高、运算复杂度高、定位精度不可控的问题，提供了一种基于发光二极管(Light-Emitting-Diode,LED)的三维光定位方法。通过采用到达角传感器和电子罗盘，接收机能够通过求解线性方程组估计自身三维坐标。算法不依赖神经网络或数值积分的定位系统，降低了硬件成本，且可以通过增加LED数量提升定位精度。包括以下步骤：所述系统的发射端包括K个发光二极管，所属系统的接收端包括到达角估计器和电子罗盘；

步骤一，测量K个发光二极管的三维坐标，记为坐标向量l₁,…,l_K；

步骤二，将所述电子罗盘水平放置，将所述电子罗盘的指向设置为x轴方向；

步骤三，通过所述到达角估计器测量所述发光二极管的入射光的方向，记为r₁,…,r_K；

根据l_k-u和r_k共线列出所述电子罗盘坐标u和a_k的方程组

任取其中第m个和第n个方程，消去u，通过最小二乘法计算a_k

将求得的a_k代入r_k＝a_k(l_k-u)，并求u的估计值的平均可得所述电子罗盘坐标的估计值

本发明采用低功耗硬件平台实现三维光定位功能，发射端包含多个LED，接收端包含一个到达角估计器和一个电子罗盘。算法仅需要求解线性方程组，不依赖神经网络或数值积分等复杂算法，且精度可通过增加LED数量提高。

附图说明

图1为为接收机和LED的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

系统框架如图1所示，发射端包括K个LED，接收端包括一个到达角估计器，一个电子罗盘。