[发明专利]一种基于累积空时编码的室内密集蜂窝可见光定位方法

摘要

本发明公开了一种基于累积空时编码的室内密集蜂窝可见光定位方法，具体为：计算LED灯的定位帧并发送给接收器；当数据采样位置点的个数≤100个，针对每个时隙，不同位置的接收器分别记录LED灯的RSS值，组成行列矩阵并分别计算行列映射表；当数据采样间隔小于50cm，任意位置的接收器，根据行列映射结果分别在行列映射表中寻找定位结果；否则，分别带入行列映射函数中计算定位结果。当数据采样位置点的个数＞100个，推导出接收器位于任意位置处时行列映射结果计算公式，通过牛顿迭代法和二分查找法，计算接收器的最终定位结果。优点在于：将密集蜂窝中多维信息整合成为二维信息，实现快速且较为准确的定位。

主权项

1.一种基于累积空时编码的室内密集蜂窝可见光定位方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一、根据室内LED灯的水平分布划分为M行×N列；LED灯水平布置于高度为H的天花板上，M与N均为整数值；步骤二、对每个LED灯按成帧规则计算各自的定位帧；步骤三、所有LED灯同时发送各自的定位帧给接收器；接收器水平放置于高度为h的检测平面上；步骤四、根据数据库的采样间隔，判断所需数据采样位置点的个数是否小于等于100个，如果是，则在检测平面设定接收器的初始位置，进行步骤五；否则，进行步骤十三；接收器初始位置为(0,0)；步骤五、针对每个RI时隙与每个CI时隙，接收器分别记录每个时隙所有LED灯的接收信号强度RSS值，并计算行映射结果和列映射结果；将每个RI时隙接收到的RSS值相加，并除以最后一个RI时隙接收到的RSS值，得到行映射结果αR(x,y)；将每个CI时隙接收到的RSS值相加，并除以最后一个CI时隙接收到的RSS值，得到列映射结果αC(x,y)；步骤六、改变接收器在检测平面上的位置，重复步骤四和步骤五，直至将接收器在检测平面遍历完，将遍历的所有映射结果，组成行矩阵αR和列矩阵αC；步骤七、根据行矩阵αR和列矩阵αC分别计算行映射表r‑MT和列映射表c‑MT；具体为：对行矩阵αR的每一行取平均值，得到M个平均行映射值，并与相应的纵坐标y存入到行映射表r‑MT中；对列矩阵αC的每一列取平均值，得到N个平均列映射值，并与相应的横坐标x存入到列映射表c‑MT中；步骤八、接收器位于任意某位置，接收来自LED的定位帧，并记录每个RI时隙与每个CI时隙接收到新的RSS值，分别计算行映射结果和列映射结果；任意某位置的接收器坐标为(x,y)；具体为：将每个RI时隙接收到的RSS值相加，并除以最后一个RI时隙接收到的RSS值，得到行映射结果αR_measured；将每个CI时隙接收到的RSS值相加，并除以最后一个CI时隙接收到的RSS值，得到列映射结果αC_measured；步骤九、根据数据库的数据采样间隔大小判断，如果采样间隔小于50cm，进入步骤十，否则，进入步骤十一；步骤十、针对任意位置处接收器的行映射结果与列映射结果，分别在行映射表r‑MT和列映射表c‑MT中寻找对应值作为定位结果；将αR_measured与行映射表r‑MT中的所有值做比较，将与αR_measured最接近的值所对应的纵坐标y，定为接收器在y轴的定位结果；将αC_measured与列映射表c‑MT中的所有值做比较，将与αC_measured最接近的值所对应的纵坐标x，定为接收器在x轴的定位结果；步骤十一、将行映射表r‑MT和列映射表c‑MT进行多项式拟合，得到行映射函数r‑MF和列映射函数c‑MF；具体为：将行映射表r‑MT中的平均行映射值作为自变量，以y坐标作为因变量，进行多项式拟合，得到行映射函数r‑MF；将列映射表c‑MT中的平均列映射值作为自变量，以x坐标作为因变量，进行多项式拟合，得到列映射函数c‑MF；步骤十二、将对任意位置处接收器的行映射结果与列映射结果，分别带入行映射函数r‑MF和列映射函数c‑MF中，得到定位结果；将αR_measured代入行映射函数r‑MF中，所得值即为y轴的定位结果；将αC_measured代入列映射函数c‑MF中，所得的值即为x轴的定位结果；步骤十三、根据所有LED灯的位置，推导出接收器位于任意位置处时，行映射结果计算公式αR(x,y)与列映射结果计算公式αC(x,y)；行映射结果αR(x,y)计算如下：αR(x,y)＝(WR*SR)/(OR*SR)“行+”帧时：WR＝[1,2,...i,...,M]“行‑”帧时：WR＝[M,M‑1,...i,...,1]OR＝[1 1 ... 1]WR的第i个元素等于第i行LED灯比特‘1’出现的次数；OR是一个尺寸为1×M的全1向量；SR是M×1的矩阵，其元素SRowi(x,y)表示的是来自第i行LED灯的RSS值；di,j是接收器任意位置(x,y)与LEDi,j灯的距离；LEDi,j代表位于第i行第j列的LED灯；m是朗伯指数，C是常数，Yi,j为示性函数，值为0或1，具体表达式如下：Ψi,j是入射角，Ψc表示接收器的视场角；列映射结果αC(x,y)计算如下：αC(x,y)＝(WC*SC)/(OC*SC)“列+”帧：WC＝[1,2,...j,...N]“列‑”帧：WC＝[N,N‑1,...j,...1]OC＝[1 1 ... 1]WC的第j个元素等于第j列LED灯比特‘1’出现的次数；OC是一个尺寸为1×N的全1向量；SC是N×1的矩阵，其元素SColj(x,y)表示的是来自第j列的RSS；步骤十四、接收器位于任意某位置，分别记录每个RI时隙与每个CI时隙所有LED灯的接收信号强度RSS值，并计算接收器处于该位置时的行映射结果和列映射结果；步骤十五：利用映射公式αR(x,y)与αC(x,y)，结合接收器位于任意某位置的行映射结果和列映射结果，通过牛顿迭代法和二分查找法，计算接收器的最终定位结果xn和yn；牛顿迭代法中，当fR_check(yn)与fC_check(xn)足够接近0时：fC_check(x)＝αC(x,yn)‑αC_measuredfR_check(y)＝αR(xn,y)‑αR_measured对应的xn和yn为接收器的最终定位结果。