[发明专利]一种基于反射退偏特性的可见光室内定位系统及方法

说明书

一种基于反射退偏特性的可见光室内定位系统，涉及室内定位技术领域，解决了多径反射效应引起室内可见光定位误差的问题，系统包括LED定位光源和定位终端，LED定位光源包括LED和微控制器一，微控制器一能够控制部分或全部LED依次发射调制光信号，每个LED上都安装有起偏器；定位终端包括光电探测器一、光电探测器二、检偏器、指向装置、处理模块和旋转装置，检偏器安装在光电探测器二上，旋转装置能够转动检偏器，检偏器透射方向和起偏器透射方向的夹角α保持为90°；光电探测器接收线偏振光并发送至处理模块进行运算获得定位终端的位置信息。本发明能够明显减小多径反射对定位误差的影响，提高可见光室内二维和三维定位精度。

技术领域

本发明属于可见光室内定位的技术领域，涉及一种基于反射退偏振特性的可见光室内定位系统及方法。

背景技术

随着智能通信技术和物联网技术的兴起与发展，基于位置识别的服务(LocationBased Services，LBS)正受到越来越多的关注，其中定位技术是实现LBS的关键。目前，基于全球定位系统(Global Positioning System，GPS)的室外定位技术已经相当成熟，但由于GPS在室内的信号覆盖度差，可靠性低，在室内无法实现有效定位。面对日益增长的室内定位服务需求，国内外很多科研人员进行了很多有关的室内定位技术研究，如文献《IndoorPositioning Using Visible LED Lights A Survey》(Acm Computing Surveys，2015年，48(2)：1-32)比较了基于红外线、超声波、蓝牙、超宽带、射频识别、WiFi和LED可见光的室内定位技术，并指出基于LED的可见光定位技术可以利用室内的LED照明光源，且具有无电磁干扰，安全性好等优势而得到广泛关注。

基于LED可见光的室内定位技术通常采用多个LED光源进行调制后发射光信号，依据接收器接收到的信号强度(Received Signal Strength，RSS)、到达时间差(TimeDifference of Arrival，TDOA)或到达角度(Angle of Arrival，AOA)等来确定接收器所处的空间位置。其中基于RSS的LED可见光室内定位技术具有无需时间同步，结构简单，易于实现的优点，被广泛研究。文献《Simulation of multipath impulse response for indoorwireless optical channels》(IEEE Journal on Selected Areas in Communications,2006,11(3):367-379)表明：室内墙壁等多径反射的光功率约占总功率的50％，考虑墙壁多径反射的情况下，现有基于RSS的LED可见光定位算法的定位误差约为0.559m，远高于忽略多径反射时的0.004m，因此多径反射效应是引起室内可见光定位误差，导致定位精度不足的主要原因。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种基于反射退偏特性的可见光室内定位系统及方法。

一种基于反射退偏特性的可见光室内定位系统，包括LED定位光源和定位终端，所述LED定位光源包括若干LED、若干起偏器和连接LED的微控制器一，所述起偏器和LED一一对应设置，起偏器安装在LED上，微控制器一能够控制部分或全部LED依次发射调制光信号，LED发射的调制光信号通过其上的起偏器变为线偏振的调制光信号；定位终端包括光电探测器、检偏器、指向装置、处理模块和旋转装置，光电探测器包括光电探测器一和光电探测器二，检偏器安装在光电探测器二上，旋转装置能够转动检偏器，指向装置用于测量检偏器的方位角，通过指向装置、处理模块和旋转装置能够实现检偏器透射方向和起偏器透射方向的夹角α保持为90°；处理模块连接光电探测器一和光电探测器二，光电探测器一和光电探测器二均用于接收LED定位光源发出的线偏振的调制光信号得到探测结果并发送至处理模块，处理模块能够根据光电探测器一的探测结果和光电探测器二的探测结果进行处理和运算获得定位终端的位置信息。