基于可見光的室內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)建立

羅歡 繆月琴 莫瑞 金廣 羅國泰 余國行

摘 要：本文提出在三邊定位法的基礎(chǔ)上再利用成像定位法來實現(xiàn)室內(nèi)的精度定位。利用 LED 照明裝置作為信息發(fā)射源，在充分考慮傳輸距離對定位性能影響的基礎(chǔ)上，先利用三邊算法找到目標的大概范圍，然后利用成像法來實現(xiàn)精確定位。

關(guān)鍵詞：室內(nèi)定位;三邊定位法;成像法

文章編號：2095-2163（2019）04-0288-02 中圖分類號：TP311.56 文獻標志碼：A

0 引 言

隨著無線局域網(wǎng)絡(luò)（Wireless Local Area Network，WLAN）的普及以及手機等個人設(shè)備的發(fā)展，特別是在一些復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境。人們對定位導(dǎo)航的需求也開始不斷增大。全球定位系統(tǒng)（GPS）作為應(yīng)用最廣泛的定位系統(tǒng)，雖然在室外環(huán)境中可以取得很好的定位效果，但在室內(nèi)環(huán)境中，由于GPS信號會受到障礙物的衰減作用，定位效果并不理想。到目前為止，研究人員提出并研究了多種針對室內(nèi)場景的定位系統(tǒng)，如基于圖像的定位系統(tǒng)[1]、基于射頻（RF）信號的定位系統(tǒng)[2]、超寬帶定位系統(tǒng)[3-4]，還提出了一種基于圖像傳感器的可見光定位系統(tǒng)[7]。然而，大多數(shù)基于無線通信的系統(tǒng)會受到電磁干擾影響，不能精確進行定位或是受限于成本過高。可見光通信（VLC）作為一種新興的無線通信方式，在電磁輻射、使用環(huán)境、安全性等方面與射頻無線通信方式相比有明顯的優(yōu)勢[5-6]，可見光定位技術(shù)得到了較為深入的研究?，F(xiàn)階段常用的可見光定位技術(shù)主要集中在基于收發(fā)兩端距離估計的三邊定位法的應(yīng)用。

本文提出在三邊定位法的基礎(chǔ)上再利用成像定位法來實現(xiàn)室內(nèi)的精度定位。利用 LED 照明裝置作為信息發(fā)射源，在充分考慮傳輸距離對定位性能影響的基礎(chǔ)上，首先利用三邊算法找到目標的大概范圍，然后利用成像法來實現(xiàn)精確定位。

1 定位原理

1.1 定位系統(tǒng)

使用3個 LED 作為信號發(fā)送端，考慮到不同 LED 發(fā)出的光在自由空間傳播過程中會產(chǎn)生疊加效應(yīng)。為了獲取不同 LED 發(fā)出的信號，采用時分復(fù)用技術(shù)，將每盞LED燈發(fā)出的信號在時域上錯開，并為每盞 LED 燈分配不同的身份標簽（LED-ID），通過信號發(fā)生器調(diào)制 LED 燈發(fā)出的光束。3燈模型如圖1所示。

首先需要根據(jù)接收端的信號強度來估計收發(fā)兩端的實際距離。在此把收發(fā)兩端分別置于同一水平線上且多次測量記錄數(shù)據(jù)求平均值。然后將收發(fā)端距離和對應(yīng)的功率值描點作出圖像，形成函數(shù)就可得出功率與距離的關(guān)系。由于發(fā)送端硬件 LED 燈有微小的差異，測量的功率不同，因此需要分別對 3 個 LED 燈進行測量。

1.2 三邊定位法

三邊定位法是一種基于距離信息實施定位的方法。其基本思想是：已知3個發(fā)送端的坐標和發(fā)送端到待測點間的距離，就可以唯一確定待測點的坐標。三邊定位法的公式為：

這樣以坐標為圓心就可以確定接收器的位置范圍。

1.3 成像法

1.3.1 成像接收

利用圖像傳感器接收光信號有多種方法。文獻[7]利用圖像傳感器加透鏡的方法對 LED 陣列成像，并通過距離的幾何關(guān)系計算目標位置。但計算復(fù)雜，本文采用了一種有限制但可以快速且簡單的計算接收器位置的圖像方法。

1.3.2 成像計算

系統(tǒng)采用3個坐標已知的LED作為發(fā)射端，LED發(fā)射的光線在接收端被圖像傳感器接收，并且計算出各自的三維位置坐標，如圖2所示。

經(jīng)過圖像傳感器的圖片按照比例n算出傳感器距離各LED的實際距離di，從而根據(jù)各LED的位置坐標計算出傳感器位置。

2 結(jié)束語

當前，定位技術(shù)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到各行各業(yè)，人們也在需求更多的定位方式。如何提高定位技術(shù)的準確度和找出適用性較廣的定位算法，從而更好地滿足人們的需求是定位技術(shù)發(fā)展迫切需要解決的問題。本文提出的在三邊定位法的基礎(chǔ)上，再利用成像定位法來實現(xiàn)室內(nèi)的精度定位方法值得利用和進一步研究。

參考文獻

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