有倾斜角的可任意转动并且可以改变与发射端LED光源之间距离 的三维光电检测器作为接收端的室内三维定位系统，它不仅可以在二维空间的定位中，简 化设备和操作的同时可测量多个不定测试点，增强定位的精确度，还可以使三维空间内的 室内定位操作更为简单，定位更加精确。
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【附图说明】
[0023] 图1是基于可转动的倾斜接收端的室内三维定位系统框图。
[0024] 图2基于可转动的倾斜接收端的室内二维定位系统示意图。
[0025] 图3是基于可转动的倾斜接收端的室内三维定位方法的示意图，其中图3a为当真 实位置为（400, 400)时的线路分布图，图3b为实际位置和估计位置之间的定位分布的比较 图。
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【具体实施方式】
[0027] 下面结合实施例和说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明： 如图2所示，基于可转动的倾斜接收端的室内定位系统示意图，该系统总体包括照明 通信模块，光电接收模块。
[0028] 在本发明系统中，照明通信模块包括具有载波加载的LED光源和电源供电模块。 所述载波加载的LED光源借助LED在室内照明场景下的广泛分布，将定位信息加载到光上 实现定位区域的覆盖。
[0029] 如图2中所示，在光电接收端，是一个具有可转动的光电检测器，当该光电检测器 具有可伸缩支架时，该基于可转动的倾斜接收端的室内二维定位系统便转化为三维定位系 统。这种可伸缩的支架使得在进行三维空间的室内定位时精准定位ro的z轴坐标，使定位 更加精确；该光电接收端是将一个光电检测器固定在一个具有倾斜平面的短圆柱体上，并 且将连接后的整体固定在一个具有以毫米为单位的可转动的圆盘上，这可以使我们在进行 室内定位时，在同一个测试点，可通过旋转不同的角度，测的不同角度即时光电检测器接收 到的光功率值，根据角度增益算法，比较不同旋转角度时ro的接收光功率差值，得到对于 led位置的精准定位。
[0030] 若在二维空间定位的实际测量中，光电检测器以测试点为中心依次把光电检测器 旋转90°，得到在旋转角为0°、90°、180°、270°时的通过频谱分析仪实际分析得到的 各光电检测器的光接收功率P iKF。在角度增益算法中，比较几个光接收功率的大小，可大致 得到LED的粗略位置，如图3所示。
[0031] 由于信号功率差由入射角增益差来确定，可以通过所测量的信号的功率差和计算 出的角增益差分布的来获得的光接收器的可能位置。图3 (a)线（1)所示是在接收信号功 率差ΛΡ21为-0.01时发射器可能的定位分布。并且根据信号功率差值ΛΡ23和ΛΡ31，可 能的定位分布可以产生如图3 (a)中在线条（2)和线条（3)所示。因此，该光接收器的位置 位于这些线条的交叉点，而在实际上，一个十字区将由于真实环境与理想状态之间的偏差 获得的。因此，该光接收器的位置被估计为（402,403)基于所述的交叉区域的中心为这些 线条，同时计算得到误差距离为3. 6毫米。我们估计在光学平台25点的位置来评估室内定 位估计的性能。图3 (b)显示出的是实际位置和所估计的位置之间的定位分布的比较。平 均距离误差小于25mm，而最大误差小于68毫米。可能由于角落具有较长的传输距离和更大 的入射角，在工作平台角落的距离误差比所述中心区域的误差高得多。
[0032] 当光接收器是的LED发射器的正下方时可以收集到最大的光功率。当光接收器位 于远离所述LED发射器时，接收的信号功率较小。考虑到接收信号功率、倾斜圆柱体和旋转 平台的非理想因素，所提出的可见光室内定位系统的性能可以通过优化的定位算法得到进 一步提尚。
[0033] 若要进一步得到对于发射端LED位置的精准定位，则需要把实际测量得到的光接 收功率值PiRF根据角度增益算法中的公式= ，把PiRF相减，得到所需要的 ▽ Pij的值，同时，在已知发射端LED实际坐标的情况下，我们也可以通过角度增益算法理 论公式得到理论的▽ Pij的值，把两个值分别进行对比。
[0034] 若在粗略测量中，我们得到LED的粗略位置在如图3所示的区域3,那么让我们先 以斜线ab为零坐标轴，使得实际的▽ Pij沿着与零坐标轴ab相垂直的斜线cd，向接近理论 ▽Pu值的方向移动，再以斜线cd为零坐标轴，使得实际的VP u沿着与零坐标轴cd相垂 直的斜线ab，同样向接近理论VPij值的方向移动，直至，我们的实习测量得到的VP ij与 理论上的VPij误差小于我们规定的一个值，则此时的实习测试点在图3中的位置就是我们 通过基于可转动的倾斜接收端的室内三维定位系统及方法得到的关于发射端LED光源的 准确定位。
[0035] 上述实施例仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说， 在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求 进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种基于可转动的倾斜接收端的室内定位系统，包括发射端与接收端，其特征在于， 所述发射端为LED光源，所述接收端为单个可转动倾斜三维ro接收端，包括能够进行360 ° 旋转的具有刻度的旋转平台、与所述旋转平台连接的具有倾斜平面的圆柱体、安装在所述 倾斜平面上的光电检测器、与所述光电检测器的输出端连接的数字频谱分析仪。
2. 根据权利要求1所述基于可转动的倾斜接收端的室内定位系统，其特征在于，所述 旋转平台上设置有等间隔划分的水平刻度。
3. 根据权利要求书1或2所述的基于可转动的倾斜接收端的室内定位系统，其特征 在于，所述数字频谱分析仪用于对光电接收端的输出信号进行量化与分析并读取信号电压 值，数字频谱分析仪的输入端与光电检测器输出端的各个管脚连接。
4. 一种基于可转动的倾斜接收端的室内定位方法，其特征在于，该方法基于权利要求 1、2或3所述室内定位系统，通过检测光电检测器在不同角度接收到的功率之间的差值来 实现定位，包括以下步骤： 1) 以测试点为中心，将光电检测器等间隔旋转多个角度，用频谱分析仪检测光电检测 器在多个角度的接收光功率； 2) 再根据角度增益算法，比较不同旋转角度时ro的接收光功率差值，得到测试点相对 于发射端LED光源的位置信息。
【专利摘要】本发明公开了一种基于可转动的倾斜接收端的室内定位系统及方法。该系统包括发射端和移动接收端；发射端是由用以将发射器所在的位置信息以光信号向外输出的单个LED光源构成；移动接收端是由一个具有倾斜平面的可任意转动并且可以改变与发射端LED光源之间距离的光电检测器组成。所述定位方法先采用角度增益算法，包括步骤如下：根据PD（光电二极管）入射角度不同而增益也不同的物理特性，通过本系统设计的接收端，计算得到不同角度时接收端接收到功率之间的差值，依据不同角度处差值的关系来实现定位。因所述接收端可改变与发射端的距离，所以该系统既可以进行二维空间的定位也可以进行空间的定位。
【IPC分类】G01S5-16
【公开号】CN104808177
【申请号】CN201510162834
【发明人】王永进, 黄婷, 郭燕青, 李青林
【申请人】南京邮电大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月8日