基于双向无线光通信的室内定位方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于双向无线光通信的室内定位方法。该室内定位方法包括：控制中心提供统一的时间基准实现对N个光信号收发基站的时间同步；控制中心向N个光信号收发基站发送测距信号；N个光信号收发基站收到测距信号后，在其覆盖范围内发射信号；定位终端上的光信号转发器应答M个光信号收发基站的发射信号，向相应的光信号收发基站发送应答信号，3≤M≤N；M个光信号收发基站分别将接收到的应答信号转发至控制中心；控制中心依据转发测距原理，根据测距信号的发送时间、M个光信号收发基站的位置信息、相应的M个应答信号的接收时间，确定定位终端的位置。本发明简化了定位终端的功能，提高室内定位的精度。
【专利说明】基于双向无线光通信的室内定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及定位【技术领域】，尤其涉及一种基于双向无线光通信的室内定位方法。
【背景技术】
[0002] 目前国内外在基于LED通信的室内定位技术研究方面的几种典型思路如下：
[0003] (1)基于LED-ID的单灯定位方法
[0004] 该方法采用LED灯作为信标，每盏灯都有一个固定ID。LED灯编码自身ID信息， 采用OOK (二进制启闭键控）信号调制方式，不断向外发送信息，定位终端根据LED通信信 息中的ID信息，结合对应的LED的覆盖范围，确定定位终端的位置。
[0005] (2)基于信号到达角度的定位算法
[0006] 首先，假设在传播点的垂直距离是相同的，得到一个以水平距离为半径，以每个传 播点为中心的圆。其次，计算重叠部分的面积。最后，当可能所在区域面积的大小达到最小 时，就得到了垂直距离。可能所在区域的面积越大，对应的定位估测精度越低。最后，通过 垂直距离和大量的圆交点的平均值，估测得到用户的位置。
[0007] (3)基于光强与距离的定量关系进行定位
[0008] LED芯片的辐射遵循朗伯辐射模式。在无线光信道，接收器采用光滤波器来衰减环 境光线，并集中增加有效集光面积。
[0009]
【权利要求】
1. 一种基于双向无线光通信的室内定位方法，其特征在于，利用一室内定位系统通过 光信号的转发通信实现定位，该室内定位系统包括：控制中心、安装于定位终端上的光信号 转发器，以及与控制中心通过电力线连接的N个光信号收发基站，该室内定位方法包括： 步骤A:控制中心提供统一的时间基准实现对所述N个光信号收发基站的时间同步； 步骤B:控制中心向所述N个光信号收发基站发送测距信号； 步骤C:所述N个光信号收发基站收到测距信号后，在其覆盖范围内进行发射信号； 步骤D:定位终端上的光信号转发器应答M个光信号收发基站的发射信号，向相应的光 信号收发基站发送应答信号，4 <M<N; 步骤E:所述M个光信号收发基站分别将接收到的应答信号转发至控制中心； 步骤F:控制中心依据转发测距原理，根据测距信号的发送时间、M个光信号收发基站 的位置信息、相对应的M个应答信号的接收时间，确定定位终端的位置。
2. 根据权利要求1所述的室内定位方法，其特征在于，所述步骤E包括： 子步骤E1，控制中心依据转发测距原理，对于每一个定位终端建立与M个光信号收发 基站距离关系的球面方程； 子步骤E2,联立求解M个球面方程，获得定位终端的位置。
3. 根据权利要求2所述的室内定位方法，其特征在于： 所述子步骤E1中，对于光信号收发基站，其与定位终端满足如下球面方程：
其中，（Xt，yt，zt)为定位终端的位置，（Xs，ys，zs)为当前光信号收发基站的位置，气为 自控制中心发送测距信号至接收应答信号总的传播时间，ti为自控制中心至光信号收发 基站的时延；t2为光信号收发基站发射端的线路时延；t4为定位终端上的光信号转发器 转发引入的时延；t6为光信号收发基站接收端的线路时延。
4. 根据权利要求2所述的室内定位方法，其特征在于，所述M> 4 ; 所述子步骤E1中，对于光信号收发基站，其与定位终端满足如下球面方程：
其中，（xt，yt，zt)为定位终端的位置，（xs，ys，zs)为当前光信号收发基站的位置，气为 自控制中心发送测距信号至接收应答信号总的传播时间，Ti为自控制中心至光信号收发 基站的时延；T2为光信号收发基站发射端的线路时延；T4为定位终端上光信号转发器转 发引入的时延；T6为光信号收发基站接收端的线路时延，△t为光信号收发基站的本地时 间与系统基准时间存在的偏差。
5. 根据权利要求1所述的室内定位方法，其特征在于： 所述步骤C中，发射信号中包含：当前光信号收发基站的特征信息； 所述步骤D中，应答信号中包含：定位终端的特征信息、光信号收发基站的特征信息。
6. 根据权利要求1所述的室内定位方法，其特征在于，所述控制中心与所述多个光信 号收发基站之间通过电力线载波进行双向信号传输。
7. 根据权利要求1所述的室内定位方法，其特征在于，所述步骤C中光信号收发基站通 过可见光通信向其覆盖范围发射测距信号。
8. 根据权利要求1所述的室内定位方法，其特征在于，所述步骤D中定位终端上的光信 号转发器通过红外通信向相应的光信号收发基站发送应答信号。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的室内定位方法，其特征在于，光信号收发基站既 能室内照明又能可见光通信。
10. 根据权利要求1至8中任一项所述的室内定位方法，其特征在于，所述定位终端为 超市的购物车、地下矿井的采矿车或医院的急救推车。
【文档编号】G01S5/16GK104407327SQ201410664052
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】巩应奎, 王语琪, 李延坤, 万红霞 申请人:中国科学院光电研究院