[发明专利]一种基于反射退偏特性的可见光室内定位系统及方法

权利要求书

1.一种基于反射退偏特性的可见光室内定位系统，其特征在于，包括LED定位光源和定位终端，所述LED定位光源包括若干LED、若干起偏器和连接LED的微控制器一，所述起偏器和LED一一对应设置，起偏器安装在LED上，微控制器一能够控制部分或全部LED依次发射调制光信号，LED发射的调制光信号通过其上的起偏器变为线偏振的调制光信号；定位终端包括光电探测器、检偏器、指向装置、处理模块和旋转装置，光电探测器包括光电探测器一和光电探测器二，检偏器安装在光电探测器二上，旋转装置能够转动检偏器，指向装置用于测量检偏器的方位角，通过指向装置、处理模块和旋转装置能够实现检偏器透射方向和起偏器透射方向的夹角α保持为90°；处理模块连接光电探测器一和光电探测器二，光电探测器一和光电探测器二均用于接收LED定位光源发出的线偏振的调制光信号得到探测结果并发送至处理模块，处理模块能够根据光电探测器一的探测结果和光电探测器二的探测结果进行处理和运算获得定位终端的位置信息；

所述光电探测器二能够接收LED定位光源发出且经过反射后照射到其上的线偏振的调制光信号；

所述定位终端的位置信息的算法为：

所述光电探测器一接收到的光功率P_i1为：

其中，P_i0表示LED_i光功率，h_id是由LED_i到定位终端光电探测器一的直射信道增益，LED_i表示LED定位光源的第i个LED，LED_i的坐标为(l_ix,l_iy,l_iz)，微控制器一控制依次发射调制光信号的LED总数为q，i∈[1,2,…,q]，P_ji1表示光电探测器一测量到的LED_i发出的且仅经过一次反射的线偏振的调制光信号的光功率，P_ji1对应的所述仅经过一次反射为经过第j个墙壁微元(x_j,y_j,z_j)反射，i、j和q均为正整数，P_ji1的计算公式为：

其中，M₀₀是墙壁漫反射米勒矩阵中的参数，表示墙壁总反射系数；h_jir表示反射信道增益；

光电探测器二接收的其光功率P_i2为：

P_i2＝∫P_ji2dx_jdy_jdz_j (3)

其中，P_ji2表示光电探测器二测量的LED_i发出的且仅经过一次反射的线偏振的调制光信号的光功率，P_ji2对应的所述仅过一次反射为经过第j个墙壁微元反射的光功率，P_ji2计算公式：

其中，M₁₁是墙壁漫反射米勒矩阵中的参数，表示墙壁反射光强的退偏振特性；

墙壁漫反射的米勒矩阵参数比值M₁₁/M₀₀是墙壁微元对线偏振的调制光信号的接收角φ₁和墙壁微元到光电探测器的辐射角φ₂的函数f(φ₁,φ₂)，表示为：

令f(φ₁,φ₂)＝C，C为常数，根据公式(1)-(5)，得到直射信道增益h_id:

理论直射信道增益为：

其中，A_R是光电探测器一的光敏面积，d_i是LED_i与定位终端的距离，β_i是LED_i到定位终端的辐射角，θ_i是定位终端对LED_i的接收角，G是定位终端增益；

令公式(6)和公式(7)相等，计算得到d_i；

在定位终端高度m_z已知时，将d_i代入公式(8)计算定位终端的二维坐标(m_x,m_y)；在定位终端高度m_z未知的情况下，将h_id代入公式(9)求解定位终端的三维坐标(m_x,m_y,m_z)；

其中，