[发明专利]一种利用可见光通信的三维室内定位方法

摘要

本发明公开了一种利用可见光通信的三维室内定位方法，在室内放置任意数目的发光二极管(LED)，并在目标终端设备上安置任意数目的光电二极管(PD)作为光接收装置。假设LED的坐标位置和发射功率已知，PD和目标终端在同一水平高度且其相对位置已知。通过测量每个接收装置PD的接收功率，利用几何关系计算可确定目标终端的三维坐标位置。本发明实现了室内三维空间定位，计算量小，精度高，适用于常见的电子移动终端设备，比如手机，平板电脑等。

主权项

1.一种利用可见光通信的三维室内定位方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)在室内天花板上设置M个LED以发射光信号，在目标终端上配置N个PD以接收光信号，满足MN≥4；设LED的竖直高度为0，PD和目标终端的竖直高度均为h，则第i个LED的三维坐标为(x_{t_i},y_{t_i},0)，第j个PD的三维坐标为(x_{r_j},y_{r_j},h)，目标终端的三维坐标为(x,y,h)，且存在如下关系：其中：r_j为第j个PD距离目标终端定位点的距离，φ_j为第j个PD相对于目标终端定位点的极坐标角度；(2)使用三维坐标表示第i个LED和第j个PD之间的距离d_ij，则有：(3)使用第j个PD对第i个LED的光接收功率P_{r_ij}表示第i个LED和第j个PD之间的距离d_ij，具体计算步骤如下：(31)测量第j个PD对第i个LED的光接收功率P_{r_ij}，设光信道直流增益为H_ij(0)，第i个LED的光发射功率为P_{t_i}，则有：P_{r_ij}＝H_ij(0)P_{t_i} (3)其中：n为LED的朗伯模型阶数，取n＝1，A_j为第j个PD的光接收面积，为第i个LED对第j个PD的辐射角度，θ_ij为第j个PD对第i个LED的入射角度；(32)由于带入式(4)，并联立式(3)可得：(4)对式(2)和式(5)进行整合，得到目标终端的三维坐标(x,y,h)的方程为：由于存在M个LED和N个PD，因此可以得到MN个式(6)，将其中未知数的平方项消除，得到MN‑1个线性方程，用矩阵形式表示，并采用最小二乘法对目标终端的三维坐标进行估计。