一種可見光室內(nèi)定位方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種可見光室內(nèi)定位方法，該定位方法基于由LED信號源、移動終端和控制端構(gòu)成的定位系統(tǒng)，定位方法具體包括如下步驟：步驟1.在LED信號源上加載LED-ID信息，通過無線光鏈路傳輸?shù)揭苿咏K端，移動終端根據(jù)接收的LED-ID信息，確定LED照明覆蓋區(qū)域，實現(xiàn)粗定位；步驟2、移動終端根據(jù)獲得的“指紋”信息與多參量的位置指紋庫進行查詢匹配，確定移動終端在該區(qū)域下與LED的相對位置，實現(xiàn)精定位。本發(fā)明提出的多參量位置指紋庫定位法，只需將實時接收到的“指紋”數(shù)據(jù)(θ,RSSI)與當(dāng)前LED覆蓋區(qū)域下的θ方向的指紋庫數(shù)據(jù)進行查詢匹配，確定移動終端的位置，大大降低了查詢匹配階段的開銷，提高了定位速度和定位精度，降低了定位誤差。
【專利說明】—種可見光室內(nèi)定位方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及可見光通信室內(nèi)定位【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種多參量位置指紋庫的建立方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前在室內(nèi)定位中大多采用無線定位技術(shù)，如利用紅外、超聲波、無線局域網(wǎng)和藍牙技術(shù)等。這些定位技術(shù)在一定程度上能夠滿足人們的定位需求，但是，由于這些定位系統(tǒng)存在不穩(wěn)定性、功耗大以及定位精度低等缺點而未能廣泛普及。并且，在礦井、加油站和醫(yī)院等射頻技術(shù)受限或被禁止的特殊區(qū)域，上述室內(nèi)無線定位技術(shù)的使用不同程度上都受到了限制。因此，開發(fā)利用新頻譜資源迫在眉睫。而基于白光LED的可見光通信因為具有無電磁干擾、頻譜寬、綠色環(huán)保等顯著優(yōu)勢被廣泛關(guān)注。因此基于室內(nèi)LED照明設(shè)施的可見光定位技術(shù)將具有巨大的應(yīng)用空間。
[0003]現(xiàn)階段常用的室內(nèi)定位方法可以分為兩種:基于輔助設(shè)備的和無輔助設(shè)備的?；谳o助設(shè)備的定位方法，如到達時間(Time ofArrival,T0A),到達角度(Angle ofArrival,A0A)等，需使用測角度的傳感器陣列或高精度的定時器等輔助設(shè)備，其定位精度依賴于節(jié)點密度，這類方法的定位系統(tǒng)造價昂貴，且定位精度往往不理想。無輔助設(shè)備的方法就是直接使用定位節(jié)點的信號強度進行定位，主要有兩種:傳輸損耗(Rad1 FrequencyPropagat1n Loss, RFPL)定位法和位置指紋(Locat1n Fingerprint, LF)定位法。前者將信號傳輸模型和建筑的地理信息轉(zhuǎn)換成距離測量值，這樣做很簡單，但是受距離、信號穿透墻壁時的損耗、多徑傳輸?shù)戎T多方面的影響，難以建立正確的數(shù)學(xué)模型，影響定位精度。后者則可以有效避免多徑和障礙物等對定位精度的影響，并且降低了定位算法復(fù)雜度。
[0004]位置指紋定位的實施一般可以分為兩個階段:離線階段和在線階段。離線階段是對所需定位區(qū)域各參考節(jié)點(Reference Point，RP)位置的信號特征參數(shù)進行采集，這種特征參數(shù)可稱認為是該位置的“指紋”，建立位置指紋庫；在線階段即利用接收機測定接收信號的參數(shù)，與位置指紋庫所存數(shù)據(jù)進行匹配，從而確定用戶的位置。這種定位方法可以充分利用現(xiàn)有設(shè)施，不需要改變移動設(shè)備的硬件，升級和維護對用戶影響小，因此被廣泛的用于各類室內(nèi)定位系統(tǒng)中。
[0005]但是，考慮到室內(nèi)可見光通信的特殊性，即每個采樣點的光強來自不同方向的視距和非視距光路的光功率的疊加，因此室內(nèi)存在多處光強度相同的采樣點，如果僅以光強度作為位置指紋庫的采集樣本，勢必會導(dǎo)致指紋庫定位誤差增大。因此，如何提高可見光室內(nèi)定位精度及降低定位誤差是目前需要解決的關(guān)鍵問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有基于位置指紋庫的可見光室內(nèi)定位方法存在的上述問題，提出一種引入移動終端的方向參量Θ的一種可見光室內(nèi)定位方法。
[0007]技術(shù)方案:本發(fā)明的定位系統(tǒng)按系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)可分為三個部分:LED信號源、移動終％5和控制。
[0008]本發(fā)明的LED信號源包括驅(qū)動電路和LED燈。
[0009]本發(fā)明的移動終端包括可見光通信接收模塊和顯示模塊。
[0010]本發(fā)明的控制端可通過Wifk藍牙或者USB、網(wǎng)線等通信技術(shù)，在不同LED光源上加載與位置相關(guān)的LED-1D信息。
[0011]該定位方法基于由LED信號源、移動終端和控制端構(gòu)成的定位系統(tǒng)，定位方法具體包括如下步驟:
[0012]步驟1.在LED信號源上加載LED-1D信息，通過無線光鏈路傳輸?shù)揭苿咏K端，移動終端根據(jù)接收的LED-1D信息，確定LED照明覆蓋區(qū)域，實現(xiàn)粗定位；
[0013]步驟2、移動終端根據(jù)獲得的“指紋”信息與多參量的位置指紋庫進行查詢匹配，確定移動終端在該區(qū)域下與LED的相對位置，實現(xiàn)精定位。
[0014]所述步驟I中，LED-1D信息的接收，通過附加的可見光通信模塊或利用移動終端的攝像頭來實現(xiàn)。
[0015]所述步驟2中，移動終端獲得的“指紋”包括移動終端接收到的光信號強度RSSI和移動終端方向傳感器獲得的方向Θ。
[0016]所述多參量的位置指紋庫，其中的“指紋”是通過實際測量或建模計算，獲得每個方向參量Θ上的RSSI值，記為(0，RSSI)。
[0017]所述的多參量位置指紋庫的建立和數(shù)據(jù)處理可在移動終端或云端進行。
[0018]所述的LED信號源包括驅(qū)動電路和LED燈。
[0019]所述的移動終端包括可見光通信接收模塊和顯示模塊。
[0020]所述的控制端可通過Wifk藍牙或者USB、網(wǎng)線等通信技術(shù)，在不同LED光源上加載與位置相關(guān)的LED-1D信息。
[0021]有益效果:本發(fā)明的室內(nèi)定位方法首先通過LED-1D信息確定LED照明覆蓋區(qū)域，在實現(xiàn)粗定位的基礎(chǔ)上，利用本發(fā)明提出的多參量的位置指紋庫法，優(yōu)選地，通過引入移動終端的方向參量Θ來優(yōu)化位置指紋庫，確定用戶在該區(qū)域下與LED的相對位置實現(xiàn)精定位功能，提高了可見光定位系統(tǒng)的定位精度及降低定位誤差。
[0022]本發(fā)明提出的多參量位置指紋庫定位法，只需將實時接收到的“指紋”數(shù)據(jù)(Θ , RSSI)與當(dāng)前LED覆蓋區(qū)域下的Θ方向的指紋庫數(shù)據(jù)進行查詢匹配，確定移動終端的位置，大大降低了查詢匹配階段的開銷，提高了定位速度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明定位系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖，其中包括LED信號源、移動終端和控制端三部分。LED信號源由驅(qū)動電路和LED燈兩部分組成，LED的編號為LED_i，移動終端由接收模塊和顯示模塊兩部分組成。
[0024]圖2是本發(fā)明基于多參量位置指紋庫的可見光室內(nèi)定位方法原理圖。
[0025]圖3是本發(fā)明定位系統(tǒng)的功能模塊圖。

【具體實施方式】
[0026]以下將參照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明實施方式。
[0027]圖1是本發(fā)明定位系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖，本發(fā)明的定位系統(tǒng)可分為三個部分:LED信號源、移動終端和控制端。其中LED信號源包括驅(qū)動電路和LED燈；移動終端包括可見光通信接收模塊和顯示模塊；控制端可通過Wifk藍牙或者USB、網(wǎng)線等通信技術(shù)，在不同LED光源上加載與位置相關(guān)的LED-1D信息。
[0028]定位過程如下:
[0029](I)本發(fā)明提出的多參量位置指紋庫定位方法，優(yōu)選地，通過增加移動終端的方向參量Θ來優(yōu)化指紋庫，Θ可由移動終端的方向傳感器獲得。通過實際測量或建模計算，獲得每個方向參量Θ上的RSSI值，并作為“指紋”建立Θ方向的位置指紋庫，記為(Θ，RSSI)。
[0030](2) LED-1D信息通過無線光鏈路傳輸?shù)揭苿咏K端，移動終端根據(jù)接收的LED-1D信息，確定LED照明覆蓋區(qū)域，實現(xiàn)粗定位。
[0031](3)定位系統(tǒng)根據(jù)接收到的LED-1D信息，將接收到的(Θ，RSSI)值與當(dāng)前LED覆蓋區(qū)域下Θ方向的指紋庫數(shù)據(jù)進行查詢匹配，從而確定移動終端的位置，實現(xiàn)精定位。
[0032](4)通過移動終端的顯示模塊顯示用戶的位置信息。
[0033]圖2是本發(fā)明基于多參量位置指紋庫的可見光室內(nèi)定位方法原理圖。由圖2可知，采用位置指紋技術(shù)進行定位有兩個階段:離線采集和在線運行階段。
[0034]在離線采集階段，對每個LED光照覆蓋范圍內(nèi)的RSSI值、移動終端的方向參量Θ進行采集，生成一系列的ID1-指紋數(shù)據(jù)庫，其中i為LED的編號，ID為LED的位置信息，指紋數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)以(0，RSSI)形式記錄。
[0035]在線運行階段，移動終端根據(jù)當(dāng)前LED-1D，執(zhí)行查詢匹配操作I，尋找當(dāng)前ID1-RSSI指紋數(shù)據(jù)庫并下載到移動終端，通過查詢匹配操作II，將當(dāng)前接收到的(Θ，RSSI)值與ID1-指紋數(shù)據(jù)庫進行匹配，尋找出最接近的(0，RSSI)值，從而推測出當(dāng)前移動終端的位置。最后通過移動終端的顯示模塊顯示出用戶位置信息。
[0036]圖3是本發(fā)明定位系統(tǒng)的功能模塊圖。系統(tǒng)功能包括采集定位和通信功能。
[0037]采集定位功能由PC模塊和移動終端實現(xiàn)。
[0038]PC模塊完成LED-1D位置信息的分配以及不同LED光照覆蓋區(qū)域下的ID1-指紋數(shù)據(jù)庫的存儲。該功能可通過PC機實現(xiàn)，但不局限于PC機。
[0039]移動終端通過可見光通信接收模塊完成位置信息LED-1D和光強度信號RSSI的檢測，結(jié)合自帶的方向傳感器檢測自身的方向參量θ，獲得“指紋”(0，rssi)，并與PC模塊中存儲的該ID1-指紋數(shù)據(jù)庫下的“指紋”查詢匹配，最終獲得精確位置，實現(xiàn)定位功能。
[0040]本發(fā)明的通信過程=LED-1Di位置信息通過編碼/調(diào)制加載至LED發(fā)送；接收端通過光電檢測器H)檢測光信號并進行解調(diào)/解碼，獲得光強信號RSSI以及LED-1Di位置信息；再通過藍牙或USB等接口傳送至移動終端。
【權(quán)利要求】
1.一種可見光室內(nèi)定位方法，其特征在于該定位方法基于由LED信號源、移動終端和控制端構(gòu)成的定位系統(tǒng)，定位方法具體包括如下步驟: 步驟1.在LED信號源上加載LED-1D信息，通過無線光鏈路傳輸?shù)揭苿咏K端，移動終端根據(jù)接收的LED-1D信息，確定LED照明覆蓋區(qū)域，實現(xiàn)粗定位； 步驟2、移動終端根據(jù)獲得的“指紋”信息與多參量的位置指紋庫進行查詢匹配，確定移動終端在該區(qū)域下與LED的相對位置，實現(xiàn)精定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可見光室內(nèi)定位方法，其特征在于，所述步驟I中，LED-1D信息的接收，通過附加的可見光通信模塊或利用移動終端的攝像頭來實現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可見光室內(nèi)定位方法，其特征在于，所述步驟2中，移動終端獲得的“指紋”包括移動終端接收到的光信號強度RSSI和移動終端方向傳感器獲得的方向Θ。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可見光室內(nèi)定位方法，其特征在于所述多參量的位置指紋庫，其中的“指紋”是通過實際測量或建模計算，獲得每個方向參量Θ上的RSSI值，記為(Θ，RSSI)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可見光室內(nèi)定位方法，其特征在于所述的多參量位置指紋庫的建立和數(shù)據(jù)處理可在移動終端或云端進行。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可見光室內(nèi)定位方法，其特征在于所述的LED信號源包括驅(qū)動電路和LED燈。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可見光室內(nèi)定位方法，其特征在于所述的移動終端包括可見光通信接收模塊和顯示模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可見光室內(nèi)定位方法，其特征在于所述的控制端可通過Wifk藍牙或者USB、網(wǎng)線等通信技術(shù)，在不同LED光源上加載與位置相關(guān)的LED-1D信息。
【文檔編號】H04B10/116GK104270194SQ201410473398
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月16日
【發(fā)明者】錢晨, 韋瑋, 陳曉紅, 洪文昕 申請人:南京郵電大學(xué)