[发明专利]一种基于多PD接收机的可见光三维定位系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于多PD接收机的可见光三维定位系统及方法，该系统包括：LED光源、基于多PD的对称结构接收机和处理设备；LED光源用于发送可见光信号；接收机包括一个水平设置的第一光电探测器和多个倾斜设置的第二光电探测器，多个第二光电探测器等距分布在第一光电探测器的四周且相邻两个第二光电探测器的夹角相同；光电探测器用于将接收到的可见光信号转换为电信号；处理设备包括信号处理模块，用于基于第一光电探测器的接收信号强度和第二光电探测器的接收信号强度，结合内点法，求解接收机三维坐标。本发明可有效获取三维位置信息，定位精度高，实现复杂度低，实用价值更强。

技术领域

本发明涉及可见光定位技术领域，特别涉及一种基于多PD接收机的可见光三维定位系统及方法。

背景技术

近年来，伴随着信息技术的迅猛发展，智能终端正在日益普及，随着智能手机和其他无线设备的大规模普及，引发了包括室内定位在内的泛在业务的需求。为了解决室内定位问题，目前有一些常用的室内定位技术，主要包括：红外线室内定位技术、射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)室内定位技术、蓝牙室内定位技术、无线局域网(Wireless Local Area Networks，WLAN)室内定位技术、Zigbee室内定位技术和超宽带(Ultra Wide Band，UWB)室内定位技术等。虽然这些技术在一定程度上可以满足人们日常室内定位的需求，但在实际应用中很难做到精度和成本的完美平衡。除此之外，这些室内定位技术存在电磁辐射，不仅安全性差，更不能应用于电磁辐射被严格限制的场所；同时，当今频谱资源的稀缺也限制了这些技术的进一步广泛应用。

可见光定位技术，由于其具有定位精度高、无射频干扰、复杂度低等特殊优点，受到了广泛的关注，被认为是最有吸引力的解决方案之一。在众多基于可见光的非成像定位技术中，主要包括基于单PD接收机的定位方法和基于多PD对称结构接收机的定位算法；其中，基于多PD对称结构接收机的定位算法利用单LED光源即可实现定位，能够应用于接收LED光源有限的定位场景，有效消除定位误差。

但现有的基于可见光的非成像定位技术实现的主要是获取二维定位信息，而在室内定位中，除了要求获得高精度二维定位信息，还需要获取垂直高度的位置信息，即实现室内可见光三维定位，满足高精度定位数据采集需求。因此，需要研发一种新的基于可见光的非成像定位技术，以获取三维位置信息。

发明内容

本发明提供了一种基于多PD接收机的可见光三维定位系统及方法，以解决室内三维定位的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种基于多PD接收机的可见光三维定位系统，其包括：LED光源、基于多PD的对称结构接收机以及处理设备；其中，

所述LED光源由单个LED灯组成，用于向定位空间中发送可见光信号；

所述接收机包括一个水平设置的第一光电探测器和多个相对于所述第一光电探测器倾斜设置的第二光电探测器，多个所述第二光电探测器等距分布在所述第一光电探测器的四周，并且相邻两个所述第二光电探测器的夹角相同；所述光电探测器用于将接收到的可见光信号转换为电信号，得到接收信号强度；

所述处理设备包括信号处理模块，所述信号处理模块用于将三维位置坐标的获取问题转化为最优化问题，基于所述第一光电探测器的接收信号强度和所述第二光电探测器的接收信号强度，结合内点法，求解所述接收机的三维坐标。

进一步地，各所述第二光电探测器到所述第一光电探测器的距离相等，各所述第二光电探测器相对于所述第一光电探测器的倾斜角相等，且所述第一光电探测电器及各所述第二光电探测器的边长相等；其中，所述第一光电探测器的坐标(x_r,y_r,z_r)与第i个第二光电探测器的坐标(x_r,i,y_r,i,z_r,i)的关系为：