[发明专利]一种基于偏振的可见光定位方法及其硬件系统

权利要求书

1.一种基于偏振的可见光定位方法，其特征在于，所述的可见光定位方法包括下列步骤：

S1、外部光源通过VLC发射端产生不同颜色且不同偏振方向的偏振光束，其中，所述的VLC发射端包括第一偏振片、液晶层和色散器，光束中携带定位信标的ID，在光信道传播过程中保留光束的偏振态；

步骤S1包括以下步骤：

S101、所述的第一偏振片将光源发出的非偏振光束转化为偏振光；

S102、所述的液晶层施加控制电压进行偏振光的二进制编码调制，将需要发射的数据输入到FPGA中转化为控制电压，FPGA的输出端和液晶层的电极直接相连，通过对液晶层施加控制电压来进行偏振光调制，用暗亮状态编码“0”和“1”表示；

S103、色散器将通过的一束偏振光分散为多束偏振光，每一束光都有独特的颜色和偏振方向，且不同编码信息在任意方向接收到的颜色有明显区别；

S2、第二偏振片检测到一定方向的偏振光，然后图像传感器捕获图像，根据像素强度提取出信源数据，将检测到的信标通过二进制译码解调得到定位信标ID，通过查询信标数据库得到信标节点的室内位置坐标；

S3、将已得信标节点的室内位置坐标结合接收角度定位算法得到接收端的位置[Tx,Ty,Tz]，从而实现接收端的定位。

2.根据权利要求1所述的一种基于偏振的可见光定位方法，其特征在于，所述的步骤S2包括以下步骤：

S201、第二偏振片通过某一方向的一束偏振光而过滤其余方向的偏振光，进而得到有效的编码信息；

S202、图像传感器捕捉彩色图像并从图像中可直接检测到相关定位信标，通过二进制译码解调过程得到定位信标ID，由定位信标ID索引ID数据库得到定位信标的空间位置坐标。

3.根据权利要求1所述的一种基于偏振的可见光定位方法，其特征在于，所述的步骤S3中定位算法为基于相机的到达角度定位算法，通过提取图像中信标的相互距离关系，并搜索最优比例因子K_i匹配真实的相互距离以得到接收端的真实位置[Tx,Ty,Tz]，其计算过程中利用优化函数的梯度来指导搜索进而减少搜索域。

4.根据权利要求1所述的一种基于偏振的可见光定位方法，其特征在于，所述的二进制编码调制采用二进制色移键控调制。

5.根据权利要求2所述的一种基于偏振的可见光定位方法，其特征在于，所述的二进制译码解调采用二进制色移键控解调。

6.一种根据权利要求1至5任一所述的基于偏振的可见光定位方法的硬件系统，其特征在于，所述的硬件系统包括：VLC发射端和VLC接收端，

其中，所述的VLC发射端包括依次平行设置第一偏振片、液晶层、色散器，其中所述的液晶层与FPGA输出端相连；所述的第一偏振片将外部光源发出的非偏振光转换为偏振光；所述的液晶层通过FPGA施加的控制电压对偏振光进行二进制色移键控调制；所述的色散器对液晶层发出的偏振光色散为不同颜色的偏振光；

所述的VLC接收端包括第二偏振片、图像采集器、电子信号处理器、液晶显示屏，其中，所述的第二偏振片设置于所述的图像采集器的正前方，所述的图像采集器、所述的电子信号处理器、所述的液晶显示屏依次连接，所述的第二偏振片根据偏振方向只允许通过一束偏振光并过滤掉其余光束，并将经过第二偏振片的光学图像投射到图像传感器表面；所述的图像传感器用于检测出光束亮度变化，发生光电效应后在照射像素单元内产生包含图像中像素数据的电信号；所述的电子信号处理器经A/D转化变为数字图像信号，再经过数字信号加工处理完成成像环节，处理后的数字图像信号通过所述的液晶显示屏呈现出来。

7.根据权利要求6所述的一种基于偏振的可见光定位方法的硬件系统，其特征在于，所述的液晶层的控制端由FPGA控制，将需要发射的数据输入到FPGA中转化为控制电压，通过对液晶层施加控制电压来进行偏振光调制，用暗亮状态编码“0”和“1”表示。

8.根据权利要求6所述的一种基于偏振的可见光定位方法的硬件系统，其特征在于，所述的FPGA包括可配置逻辑模块CLB、可编程输出输入模块IOB，并通过内部总线相连通。