[发明专利]一种基于可见光通信和定位的室内环境建模方法

权利要求书

1.一种基于可见光通信和定位的室内环境建模方法，其特征在于，所述建模方法包括如下步骤：

步骤S1、针对一室内场景，在其顶部布置有n个LED，该n个LED用于发射光信号，在该室内场景中还设置有障碍物，该障碍物建模为单个长方体或者多个长方体的组合；

步骤S2、针对所述的室内场景，在其底部设置一个PD，该PD用于测量LED的光信号强度，并且具有平面内移动能力，该PD在该室内场景中通过移动u个位置来测量相应的光信号强度；

步骤S3、执行算法一或者执行算法二来获取所述障碍物的估计范围，其中，

所述算法一包括：

让PD在所有u个位置上遍历，假设其在第i个位置上接收到的来自第j个LED的光信号强度为且对应的朗博模型的理论计算值为s_ij，若其中，α为表示阈值的系数，则PD的第i个位置和第j个LED连线上的区域标记为第j个LED探测的障碍物区域；

在遍历完成之后，将每个LED探测到的障碍物区域求交集作为所述障碍物的范围估计；

所述算法二包括：

让PD在所有u个位置上遍历，假设其在第i个位置上接收到的来自第j个LED的光信号强度为且对应的朗博模型的理论计算值为s_ij，若其中，α为表示阈值的系数，则将PD的第i个位置和第j个LED连线上的区域从整个空间中去除；

在遍历完成之后，把室内环境中剩余的空间作为障碍物的三维估计。

2.根据权利要求1所述的一种基于可见光通信和定位的室内环境建模方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述的n个LED，其三维坐标由三维列向量p_LED1至p_LEDn表示；当所述障碍物建模为单个长方体时，其特征用6个参数来进行描述，包括：

公式中，P_obstacle表示的是障碍物的空间范围矩阵，矩阵中的各个元素表示为在室内场景的全局坐标系中，该长方体在x、y和z三轴上的坐标最小值和最大值。

3.根据权利要求2所述的一种基于可见光通信和定位的室内环境建模方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述PD搭载在移动物体或者人体上，并且采用u×3维的矩阵P_PD表示PD所有u个位置的三维坐标，同时用u×n维的矩阵表示PD实际接收的光信号强度，则其第i行第j列的元素代表的就是PD在第i个位置上接收到的来自第j个LED的光信号强度。

4.根据权利要求3所述的一种基于可见光通信和定位的室内环境建模方法，其特征在于，所述的n个LED，其辐射模式满足朗博模型，表达式为：

公式中，s是理论上PD接收的光信号强度，s_t是LED的传输功率，m是LED的朗博系数，A是PD的有效接收面积，d是LED到PD的距离，θ和φ分别为此条光链路与LED法向和PD法向的夹角。

5.根据权利要求4所述的一种基于可见光通信和定位的室内环境建模方法，其特征在于，所述的PD采用频分复用的方式处理不同LED的发射信号。

6.根据权利要求5所述的一种基于可见光通信和定位的室内环境建模方法，其特征在于，通过采用将所述室内场景划分成等大小正方体的方式来对存在或者不存在障碍物的区域进行量化，具体包括：

在所述算法一中，假设其在第i个位置上接收到的来自第j个LED的光信号强度为且对应的朗博模型的理论计算值为s_ij，若其中α为表示阈值的系数，则将PD的第i个位置和第j个LED的连线按固定长度细分，细分成多个节点，并判断细分化后的每个节点对应到整个空间的哪个小正方体，然后再将这些小正方体归于第j个LED探测到的障碍物集合中；

在所述算法二中，假设其在第i个位置上接收到的来自第j个LED的光信号强度为且对应的朗博模型的理论计算值为s_ij，若其中α为表示阈值的系数，则将PD的第i个位置和第j个LED的连线按固定长度细分，细分成多个节点，并判断细分化后的每个节点对应到整个空间的哪个小正方体，再将这些小正方体从所述室内场景中剔除，剩余的小正方体归于第j个LED探测到的障碍物集合中。