[发明专利]一种结合加速度计的LED室内3D定位方法

摘要

本发明提供了一种结合加速度计的LED室内3D定位方法，LED灯作为发射机并发送带有其位置信息的ID编码，移动设备作为接收机，使用三角测量法中接收功率强度技术，同时结合置信区间算法实现3D定位，将旋转角度考虑到定位方法中，使用带加速度计的接收机接收各LED灯的发射光并获取接收功率，通过加速度计的角度信息获取不同旋转角度下接收机的法线方向，引入入射角度的详细计算方法，将手持设备的旋转角度最终量化为入射角度；引入接收机的Z坐标，通过两层迭代将定位误差控制在设定的范围，同时接收机的Z坐标变动不大于5cm，从而克服上下抖动对定位误差的影响，提供更高的定位精度，可将定位精度从米级或分米级提高至厘米级。

主权项

1.一种结合加速度计的LED室内3D定位方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)对室内照明系统的各LED灯进行编码，将各LED灯的编码以时分复用的形式加载到LED灯的发射光中；(2)使用带加速度计的接收机接收各LED灯的发射光并获取接收功率，在同一位置将接收机旋转K个不同角度，7≥K≥3，在各旋转角度下选取接收机的接收功率中最大的N个接收功率为有效接收功率，1≤N≤4，接收机获取不同旋转角度下的有效接收功率Prik和加速度计的角度信息，1≤i≤N，1≤k≤K；(3)定义向量Rik，其方向为不同旋转角度下接收机的法线方向、大小为∣Rik∣＝Prik，接收机的法线方向通过加速度计的角度信息进行确定；(4)定义平面Wik，平面Wik为经过向量Rik末端并垂直于向量Rik的平面，平面Wik的公式为：aik*x+bik*y+cik*z＝dik，(5)定义向量Ti，其方向从接收机指向接收到的发射光所对应LED灯，向量Ti即为入射光线，计算公式为：(6)计算接收机法线方向与入射光线的夹角，该夹角即入射角度计算公式为：(7)计算接收机与接收到的发射光所对应LED灯之间的距离Di，计算公式为：其中Pti为接收到的发射光所对应LED灯的发射功率，h为接收机与接收到的发射光所对应LED灯之间的垂直距离，C根据如下公式计算得到：式中，m为朗伯系数，A为接收端光接收面的物理探测面积，是接收机中的光滤波器的传播系数，是接收机中的光集中器的增益，由下式确定：式中，Φc为光集中器视角，n是折射率；(8)计算接收机的二维位置坐标：(8‑1)设接收到的发射光所对应LED灯的坐标为(Xi,Yi)，接收机的二维位置坐标为(x,y)，有(x‑Xi)2+(y‑Yi)2＝ri2，ri为接收到的发射光所对应LED灯与接收机的水平距离；(8‑2)令Q＝[x,y]T，由最小二乘法得到：Q＝(MTM)‑1MTN，其中，解得接收机的二维位置坐标(x,y)；(9)设接收到的发射光所对应LED灯的三维坐标为(X_i,Y_i,Z_i)，接收机的三维坐标为定义定位误差计算公式为：(10)进行和的更新迭代：(10‑1)初始化接收机坐标，其中h₀为初始情况下接收机与接收到的发射光所对应LED灯的垂直距离，H为接收到的发射光所对应LED灯所在房间的高度，(x,y)为步骤(8)得到的接收机的二维位置坐标；(10‑2)根据计算得到初始定位误差设定初始信赖域半径R₀，取以为圆心、以R₀为半径的信赖域内部的点更新通过更新(10‑3)进行定位误差判决，当定位误差大于设定的定位误差时，重新选取信赖域内部的点更新当定位误差小于等于设定的定位误差时，输出最新的(10‑4)进行迭代终止判决，将最新的中与上一次迭代得到的中的进行比较：a)当二者差值大于5cm时，以最新的中的确定下一次和更新迭代的初始值h₀，开始下一次迭代；b)当二者差值不大于5cm时终止迭代，输出最新的作为接收机的三维位置坐标。