一种室内定位方法与装置与流程

技术特征：

1.一种室内定位装置，其特征是：包括信号发送装置(1)、至少五盏LED灯(2)、光电传感器(3)、信号处理装置(4)，

所述信号发送装置(1)用于控制不同的LED灯(2)发出不同的光信号，

所述光电传感器(3)用于将接收待测定位点处的光信号转化为电信号，并将电信号传递到信号处理装置(4)，

所述信号处理装置(4)用于获得所述光电传感器(3)的坐标值，所述信号处理装置(4)包括相位测量模块(5)、若干路信号处理通道，所述信号处理通道的数量与LED灯(2)的数量相同，所述信号处理通道包括信号调理模块(6)、带通滤波模块(7)、载波跟踪同步模块(8)、解调模块(9)、伪码捕获跟踪模块(10)、本地PRN(11)、下变频模块(12)、本地载波(13)。

2.一种室内定位方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤1：在室内天花板的不同位置安装至少五盏所述LED灯，并记录所述LED灯的安装位置(x_i,y_i,z_i)，(x_i,y_i,z_i)为第i盏LED灯的坐标，根据所述LED灯的数量，确定所述信号处理通道的数量，所述信号处理通道与所述LED灯一一对应，第i路信号处理通道处理第i盏LED灯发出的光信号；

步骤2：将所述LED灯与所述信号发送装置连接，由所述信号发送装置控制不同的所述LED灯发出不同的光信号，光信号为：

$s\left(t\right)=a\left(t\right)c\left(t\right)m\left(t\right)=A_{0}sin\left(2{\mathrm{\πf}}_{i}t\right)\·\underset{n=0}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Σ}}{c}_n{g}_c(t-{\mathrm{nT}}_c)\·A{\mathrm{cos\ω}}_{0}t$

其中，a(t)＝A₀ sin(2πf_it)为所述信号发送装置送入第i盏LED灯的幅度调制信号，i＝1，...，N,N≥5，为伪码序列，T_c为码元宽度，nT_c≤t≤(n+1)T_c，{c_n}∈{±1}，且速率为1/T_c，g_c(t)为门函数，m(t)＝A cosω₀t为幅度调制载波信号，幅度调制信号a(t)频率f_i根据不同LED灯，均不相同；

步骤3：将所述光电传感器与所述信号处理装置连接，在接收待测定位点通过所述光电传感器将接收待测定位点处的不同所述LED发出的光信号转化为相应的电信号，并将电信号传递到相应的所述信号处理通道进行处理；

步骤4：利用所述信号调理模块、带通滤波模块对进入所述信号处理通道的电信号进行处理，获得信号：

其中，β_di为第i盏LED灯直射至接收待测定位点的信号衰减因子，β_Mi为第i盏LED灯经过反射、折射后至接收待测定位点的信号衰减因子，t_di为直射至接收待测定位点的时间延迟，t_Mdi为经过反射、折射后至接收待测定位点的时间延迟，为直射时的调制载波信号相移，为经过反射、折射后调制载波信号的相移，n₀(t)为噪声；

步骤5：利用所述伪码捕获跟踪模块的伪码捕获调整所述本地PRN使之与接收到的码序列c(t-t_di)粗同步，利用所述伪码捕获跟踪模块的伪码跟踪在捕获基础之上进一步缩小发送和接收端伪码序列的相位差，达到精确同步并持续保持同步，利用载波跟踪同步模块使得所述本地载波的频率与接收信号的载波频率相位进行对齐，步骤4中的信号r_i(t)经伪码捕获跟踪模块、载波跟踪同步模块处理后表示为：

其中，为第i信号处理通道中本地PRN伪码参考时间延迟，为本地载波的相位；

步骤6：利用所述解调模块对步骤6中的信号进行解调，步骤6中的信号表示为：

r_i(t)≈A′_isin(2πf_it-t_di)

步骤7：经步骤6获得的信号进入所述下变频模块进行下变频处理，将第i＝1路信号处理通道作为基准通道，对应频率为f₁，步骤6获得的信号经过所述下变频后，表示为：

r₁′(t)≈E₁ sin(πf₁t-2πf₁d₁/c)

第j路信号处理通道通过下变频后，表示为：

r_j′(t)≈E_j sin[πf₁t-2πf_jd_j/c]

其中，d_j为第j盏LED灯到接收待测点的距离，c为光速；

步骤8：利用所述相位测量模块对经步骤8获得的信号进行处理，第i、j信号处理通道的信号送入相位测量模块，有：

$d_i=\frac{{\mathrm{c\Δ\φ}}_{ij}}{2{\mathrm{\πf}}_i}+\frac{f_i{d}_j}{f_i}$

其中，△φ_ij由Hilbert变换求得：

${\mathrm{\Δ\φ}}_{ij}=arctg\frac{I_{ij}}{Q_{ij}}=arctg\frac{{r_i}^{\′}\left(t\right)\·Hilbert\[{r_j}^{\′}\left(t\right)\]-Hilbert\[{r_i}^{\′}\left(t\right)\]\·{r_j}^{\′}\left(t\right)}{{r_i}^{\′}\left(t\right)\·{r_j}^{\′}\left(t\right)+Hilbert\[{r_i}^{\′}\left(t\right)\]\·Hilbert\[{r_j}^{\′}\left(t\right)\]}$

步骤9：(x,y,z)为接收待测定位点的坐标，利用第一公式x＝(A^TA)^-1A^Tm得出接收待测定位点的x,y坐标，

其中，

$A=\left[\begin{array}{cccc}{x}_1-x_2& y_1-y_2& -\frac{{\mathrm{c\Δ\φ}}_{i1}}{18\mathrm{\π}}& \frac{4}{9}\\ x_1-x_3& y_1-y_3& -\frac{{\mathrm{c\Δ\φ}}_{i1}}{50\mathrm{\π}}& \frac{12}{25}\\ x_1-x_4& y_1-y_4& -\frac{{\mathrm{c\Δ\φ}}_{i1}}{98\mathrm{\π}}& \frac{24}{49}\\ x_1-x_5& y_1-y_5& -\frac{{\mathrm{c\Δ\φ}}_{i1}}{162\mathrm{\π}}& \frac{40}{81}\end{array}\right],$

$x=\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ d_1\\ d_1^2\end{array}\right],$

$m=\left[\begin{array}{c}{M}_1\\ M_2\\ M_3\\ M_4\end{array}\right]$

$M_i=\frac{1}{2}\[{\left(\frac{{\mathrm{c\Δ\φ}}_{i1}}{2{\mathrm{\πf}}_1{f}_i}\right)}^2+x_1^2+y_1^2-x_i^2-y_i^2\]$

利用第二公式获得接收待测定位点的z坐标。