[发明专利]一种基于LED照明的室内定位导航方法及装置

权利要求书

1.一种基于LED照明的室内定位导航方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)对室内LED照明系统中的各LED灯进行编码，设置与各LED灯相对应的ID编码，ID编码由位置编码和识别码构成，其中位置编码为M位二进制字符串，位置编码与对应LED灯所在的三维空间坐标(x_i，y_i，z_i)相对应，识别码为N位二进制字符串，识别码中“1”表示亮，对应的LED灯发射功率为P₁，“0”表示暗，对应发射功率为P₂，P₁：P₂＝10：6～10：9，各ID编码的识别码中“0”的个数相同，i、N和M均为正整数；

(2)将各LED灯的ID编码以时分复用的形式加载到LED灯发射的光信号中，形成数据光信号；

(3)接收端接收各LED灯的数据光信号，根据公式①计算接收的数据光信号所对应LED灯的功率P_ri，公式①为：

①

其中，α为设定的接收端内部接收电路的矫正系数，V_i为接收端测得的对应LED灯的光电流转换电压，R是接收端内部接收电路的输出电阻，G是接收端内部接收电路的增益，是设定的接收端的光电响应度；

(4)计算接收的数据光信号所对应LED灯与接收端的估算垂直距离根据公式②计算接收的数据光信号所对应LED灯与接收端的估算空间距离公式②为：

d^i=(m+1)*h^i2*A*Ts(ψ)*g(ψ)*Pt2πPri]]>②

其中，m是LED灯的朗伯系数，ψ是LED灯入射光与探测器的角度，A是接收端光接收面的物理探测面积，A＝5mm²～15mm²，T_s(ψ)是接收端的传播系数，T_s(ψ)＝0～1，g(ψ)是接收端的电学增益，g(ψ)＝1～10，P_t为设定的LED灯的发射功率，为接收端的估算高度，Z^0=0m~2.0m;]]>

(5)计算接收的数据光信号所对应LED灯与接收端的估算水平距离计算公式为r^i=d^i2-h^i2;]]>

(6)进行初步位置估算：

a、当接收端接收到3个不在同一直线上的LED灯或4个以上LED灯的数据光信号时，选择接收的数据光信号功率强度最大的k个LED灯，k≥3，根据三角定位法计算初始三维坐标初始三维坐标中为步骤(4)中确定的接收端的估算高度，计算公式为：

S^=[X^0,Y^0],S^=(ATA)-1ATB,]]>

其中：A=x2-x1y2-y1......xk-x1yk-y1,]]>B=12(r^12-r^22)+(x22+y22)-(x12+y12)...(r^12-r^k2)+(xk2+yk2)-(x12+y12);]]>

b、当接收端仅接收到3个共线的LED灯的数据光信号时，通过公式(X^0,Y^0)=((Xa+Xb)/2,(Ya+Tb)/2)]]>计算初始三维坐标其中X_a和Y_a为方程组①的解，X_b和Y_b为方程组②的解，x₂和y₂分别为位于中间的LED灯的横坐标和纵坐标，方程组①和方程组②分别为：

(2x2-2x1)Xa+(2y2-2y1)Ya=r^12-r^22+y22-y12(y2-y1)Xa-(x2-x1)Ya=x1y2-y1x2]]>①，

(2x2-2x3)Xb+(2y2-2y3)Yb=r^32-r^22+y22-y32(y2-y3)Xb-(x2-x3)Yb=x3y2-y3x2]]>②；

c、当接收端仅接收到2个LED灯的数据光信号时，计算初始三维坐标其中和为方程组③的解，方程组③为：

(2x2-2x1)X^0+(2y2-2y1)Y^0=r^12-r^22+y22-y12(y2-y1)X^0-(x2-x1)Y^0=x1y2-y1x2]]>③；

d、当接收端仅接收到1个LED灯的数据光信号时，则初始三维坐标其中x_i和y_i分别为该LED灯的横坐标和纵坐标；

(7)对初始三维坐标进行非线性拟合修正，得到修正坐标使用置信域方法对修正坐标(X，Y，Z)的坐标值进行修正迭代，直到非线性拟合算子收敛，此时的修正坐标(X，Y，Z)即为定位坐标非线性拟合算子的计算公式为：

S~l=Σi(F(X,Y,Z;xi,yi,zi)-d^i)2,]]>

其中F(X,Y,Z;xi,yi,zi)=(X-xi)2+(Y-yi)2+(Z-zi)2,]]>f、g和h均为随机整数，l为迭代次数，△为设定的增量；

(8)将定位坐标发送至用户，配合对应的室内地图进行导航。