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一種可見光定位系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及可見光定位技術(shù)，公開了一種可見光定位系統(tǒng)及方法。本發(fā)明中，可見光定位系統(tǒng)，包含發(fā)射端和接收端，發(fā)射端包含至少兩個(gè)LED燈，每一個(gè)LED燈上對(duì)應(yīng)地設(shè)有起偏器；LED燈發(fā)出的可見光通過對(duì)應(yīng)的起偏器，得到不同偏振方向的線偏振光，并發(fā)送至接收端；接收端包含探測(cè)器和至少一個(gè)設(shè)置于探測(cè)器上的檢偏器，其中，起偏器與檢偏器的偏振方向呈預(yù)設(shè)角度；接收端根據(jù)探測(cè)器接收到的、透過檢偏器的線偏振光的強(qiáng)度獲取接收端的位置信息。由于線偏振光的方向可以精確確定，利用不同偏振方向的線偏振光的光強(qiáng)對(duì)接收端進(jìn)行定位，精度高，且計(jì)算簡單，易于實(shí)現(xiàn)，成本低。
【專利說明】一種可見光定位系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及可見光定位技術(shù)，特別涉及一種可見光定位系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，可見光定位技術(shù)，特別是在室內(nèi)導(dǎo)航領(lǐng)域，對(duì)于現(xiàn)有常用的定位技術(shù)，普遍來說，定位精度不高。
[0003]如，對(duì)于采用角度到達(dá)(Arrival Of Angle,簡稱Α0Α)技術(shù)的可見光定位系統(tǒng)，該技術(shù)根據(jù)信號(hào)到達(dá)的角度，確定目標(biāo)相對(duì)于信號(hào)發(fā)射器的角度關(guān)系。具體地，是利用探測(cè)器陣列計(jì)算LED燈(信號(hào)發(fā)射器)與目標(biāo)(信號(hào)接收器)的角度，并根據(jù)計(jì)算的LED燈(信號(hào)發(fā)射器)與目標(biāo)(信號(hào)接收器)的角度計(jì)算目標(biāo)的位置，但是，該技術(shù)對(duì)探測(cè)器陣列方位很敏感，而且，受角度算法的影響較大，定位不精確。
[0004]對(duì)于采用抵達(dá)時(shí)間(Time Of Arrival，簡稱Τ0Α)定位技術(shù)的可見光定位系統(tǒng)，是基于測(cè)量信號(hào)從信號(hào)發(fā)射器發(fā)送出去并到達(dá)信號(hào)接收器(3個(gè)或更多)的時(shí)間來定位的，其中，信號(hào)接收器設(shè)置在需要定位的目標(biāo)上。信號(hào)接收器位于以信號(hào)發(fā)射器為圓心、信號(hào)接收器到信號(hào)發(fā)射器的信號(hào)傳播距離為半徑的圓上。在多個(gè)信號(hào)發(fā)射器進(jìn)行上述計(jì)算，則可由3個(gè)圓的交點(diǎn)確定信號(hào)接收器的二維坐標(biāo)。這種技術(shù)要求接收信號(hào)的信號(hào)發(fā)射器與信號(hào)接收器知道信號(hào)的開始傳輸時(shí)刻，來實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)射器與信號(hào)接收器的時(shí)鐘精確的同步，然而，由于二者之間的距離相對(duì)于光速來說非常短，亦即，光信號(hào)在二者之間往返利用的時(shí)間非常短，導(dǎo)致信號(hào)發(fā)射器與信號(hào)接收器的時(shí)鐘很難保持精確的同步，進(jìn)而導(dǎo)致對(duì)目標(biāo)的定位精度不高。
[0005]對(duì)于采用抵達(dá)時(shí)間差(Time Difference Of Arrival,簡稱TDOA)定位技術(shù)的可見光定位系統(tǒng)，是通過檢測(cè)信號(hào)到達(dá)兩個(gè)信號(hào)發(fā)射器的時(shí)間差，而不是到達(dá)的絕對(duì)時(shí)間來確定信號(hào)接收器的位置的，其中，信號(hào)接收器設(shè)置在需要定位的目標(biāo)上，這降低了對(duì)時(shí)間同步的要求。信號(hào)接收器位于以兩個(gè)信號(hào)發(fā)射器為焦點(diǎn)的雙曲線方程上。確定信號(hào)接收器的二維坐標(biāo)需要建立兩個(gè)以上的雙曲線方程，兩條雙曲線的交點(diǎn)即為信號(hào)接收器的二維位置坐標(biāo)。在實(shí)際應(yīng)用中，通常采用最小均方差算法，通過使非線性誤差函數(shù)的平方和取得最小來估計(jì)信號(hào)接收器的位置。由于該技術(shù)不要求信號(hào)接收器與信號(hào)發(fā)射器之間的同步，因此，在誤差環(huán)境下性能相對(duì)優(yōu)越。但是，但由于信號(hào)發(fā)射器間的距離較短(特別是在室內(nèi)導(dǎo)航的情況下)，兩個(gè)信號(hào)發(fā)射器發(fā)射的光信號(hào)到達(dá)信號(hào)接收器時(shí)間差較小，若時(shí)間測(cè)量不精確，便會(huì)導(dǎo)致對(duì)目標(biāo)的定位精度不聞，若提聞時(shí)間的測(cè)量精度，則會(huì)提聞定位的成本。
[0006]對(duì)于米用基于信號(hào)強(qiáng)度(ReceivedSignal Strength,簡稱RSS)定位技術(shù)的可見光定位系統(tǒng)，是利用信號(hào)的衰減規(guī)律，即信號(hào)接收器距離信號(hào)發(fā)射器越近收到的信號(hào)越強(qiáng)，反之，越弱。但是，光信號(hào)強(qiáng)度的變化易受干擾，從而導(dǎo)致對(duì)目標(biāo)的定位不精確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種可見光定位系統(tǒng)及方法，使得室內(nèi)定位精度更高，成本更低。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實(shí)施方式提供了一種可見光定位系統(tǒng)，包含發(fā)射端和接收端；
[0009]所述發(fā)射端包含至少兩個(gè)LED燈，每一個(gè)所述LED燈上對(duì)應(yīng)地設(shè)有起偏器；所述LED燈發(fā)出的可見光通過對(duì)應(yīng)的起偏器，得到不同偏振方向的線偏振光，并發(fā)送至接收端；
[0010]所述接收端包含探測(cè)器和至少一個(gè)設(shè)置于所述探測(cè)器上的檢偏器，其中，所述起偏器與所述檢偏器的偏振方向呈預(yù)設(shè)角度；
[0011]所述接收端根據(jù)所述探測(cè)器接收到的、透過所述檢偏器的所述線偏振光的強(qiáng)度獲取所述接收端的位置信息。
[0012]本發(fā)明的實(shí)施方式還提供了一種可見光定位方法，包含以下步驟:
[0013]由發(fā)射端發(fā)送至少兩路不同偏振方向的線偏振光至接收端；其中，每一路所述線偏振光由所述發(fā)射端的LED燈發(fā)出的可見光經(jīng)由對(duì)應(yīng)的起偏器生成；
[0014]所述接收端通過探測(cè)器接收到的、透過設(shè)置于所述探測(cè)器上的檢偏器的線偏振光的強(qiáng)度，獲取所述接收端的位置信息；其中，所述探測(cè)器上至少設(shè)有一個(gè)所述檢偏器，且所述檢偏器與所述起偏器呈預(yù)設(shè)角度。
[0015]本發(fā)明實(shí)施方式相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，是利用至少兩個(gè)設(shè)有起偏器的LED燈作為發(fā)射端，發(fā)送至少兩路不同偏振方向的線偏振光至接收端；各路線偏振光透過接收端中的至少一個(gè)與起偏器呈預(yù)設(shè)角度的檢偏器被探測(cè)器接收，接收端根據(jù)探測(cè)器接收的不同偏振方向的線偏振光的強(qiáng)度，獲取接收端的位置信息。由于線偏振光的方向可以精確確定，利用不同偏振方向的線偏振光的光強(qiáng)對(duì)接收端進(jìn)行定位，精度高，且計(jì)算簡單，易于實(shí)現(xiàn)，成本低。
[0016]另外，所述發(fā)射端包含三個(gè)所述LED燈，且所述接收端的探測(cè)器上設(shè)有一個(gè)偏振方向可變的檢偏器。通過改變檢偏器的偏振方向，可以改變?nèi)齻€(gè)LED燈發(fā)出的線偏振光透過檢偏器的光強(qiáng)，改變兩次檢偏器的偏振方向，可以分別獲取3次3個(gè)LED燈發(fā)出的線偏振光透過檢偏器的光強(qiáng)，根據(jù)3次探測(cè)器接收的光強(qiáng)，可以對(duì)接收端進(jìn)行三維定位。
[0017]另外，所述發(fā)射端包含三個(gè)所述LED燈，且所述接收端的探測(cè)器上設(shè)有三個(gè)偏振方向不同且均固定的檢偏器。探測(cè)器上設(shè)有3個(gè)偏振方向固定，但偏振方向不同的檢偏器，這樣，每一次便可獲取3組3個(gè)LED燈發(fā)出的線偏振光透過檢偏器的光強(qiáng)，根據(jù)這3組探測(cè)器接收的光強(qiáng)，可以對(duì)接收端進(jìn)行三維定位。這是本發(fā)明的另一種實(shí)現(xiàn)方式，保證了本發(fā)明實(shí)施方式的靈活性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的可見光定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的可見光定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的各實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的闡述。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，在本發(fā)明各實(shí)施方式中，為了使讀者更好地理解本申請(qǐng)而提出了許多技術(shù)細(xì)節(jié)。但是，即使沒有這些技術(shù)細(xì)節(jié)和基于以下各實(shí)施方式的種種變化和修改，也可以實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)各權(quán)利要求所要求保護(hù)的技術(shù)方案。
[0021 ] 本發(fā)明的第一實(shí)施方式涉及一種可見光定位系統(tǒng)，包含發(fā)射端和接收端。其中，接收端設(shè)置在需要定位的目標(biāo)上。
[0022]具體地說，發(fā)射端包含至少兩個(gè)LED燈，每一個(gè)LED燈上對(duì)應(yīng)地設(shè)有起偏器；LED燈發(fā)出的可見光通過對(duì)應(yīng)的起偏器，得到不同偏振方向的線偏振光，并發(fā)送至接收端。其中，LED燈是預(yù)先安裝在室內(nèi)的照明燈，LED燈發(fā)出的可見光為自然光，其偏振特性在各個(gè)方向全向均勻，不顯示偏振性，但是，自然光通過起偏器后，變?yōu)榕c起偏器的偏振方向相同的線偏振光。LED燈發(fā)出的線偏振光的光強(qiáng)包含了該LED燈距離接收端的距離信息。根據(jù)LED燈到接收端的距離可以獲取接收端的位置信息。
[0023]在本實(shí)施方式中，起偏器可以為設(shè)置于LED燈上的偏振片，也可以為鍍?cè)贚ED燈上的偏振膜。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可根據(jù)情況進(jìn)行選擇。
[0024]接收端包含一個(gè)探測(cè)器和至少一個(gè)設(shè)置于探測(cè)器上的檢偏器，其中，起偏器與檢偏器的偏振方向呈預(yù)設(shè)角度。檢偏器與起偏器的偏振方向之間的預(yù)設(shè)角度不同，透過檢偏器的線偏振光的強(qiáng)度也不相同。探測(cè)器檢測(cè)透過檢偏器的光強(qiáng)，以供獲取各LED燈與接收端的距離，進(jìn)而獲取接收端的位置信息。在本實(shí)施方式中，檢偏器為偏振片，也可以為鍍?cè)谔綔y(cè)器上的偏振膜。
[0025]接收端根據(jù)探測(cè)器接收到的、透過檢偏器的線偏振光的強(qiáng)度獲取接收端的位置信
息。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，是利用至少兩個(gè)設(shè)有起偏器的LED燈作為發(fā)射端，發(fā)送至少兩路不同偏振方向的線偏振光至接收端；各路線偏振光透過接收端中的至少一個(gè)與起偏器呈預(yù)設(shè)角度的檢偏器被探測(cè)器接收，接收端根據(jù)探測(cè)器接收的不同偏振方向的線偏振光的強(qiáng)度，獲取接收端的位置信息。由于線偏振光的方向可以精確確定，利用不同偏振方向的線偏振光的光強(qiáng)對(duì)接收端進(jìn)行定位，精度高，且計(jì)算簡單，易于實(shí)現(xiàn)，成本低。
[0027]本發(fā)明的第二實(shí)施方式涉及一種可見光定位系統(tǒng)。第二實(shí)施方式與第一實(shí)施方式大致相同，主要區(qū)別之處在于:在第一實(shí)施方式中，發(fā)射端包含至少兩個(gè)LED燈，這樣，至少可以實(shí)現(xiàn)二維定位。而在本發(fā)明第二實(shí)施方式中，發(fā)射端包含三個(gè)LED燈，可以實(shí)現(xiàn)三維定位。
[0028]具體地說，在本實(shí)施方式中，發(fā)射端包含三個(gè)LED燈:LED1、LED2與LED3，且接收端的探測(cè)器上設(shè)有一個(gè)偏振方向可變的檢偏器，具體如圖1所示。
[0029]在圖1中，101為LEDl，1011為LEDl對(duì)應(yīng)的起偏器，102為LED2，1021為LED2對(duì)應(yīng)的起偏器，103為LED3，1031為LED3對(duì)應(yīng)的起偏器；104為探測(cè)器，1041為設(shè)在探測(cè)器上的檢偏器。X、Y、Z表示直角坐標(biāo)系的X軸、Y軸與Z軸。
[0030]其中，LEDU LED2、LED3與接收端的距離分別為屯、d2、d3。為描述方便，我們利用Θ ni表示在第i次檢測(cè)時(shí)第η個(gè)LED燈對(duì)應(yīng)的起偏器與檢偏器的偏振方向的預(yù)設(shè)角度。即在第i次檢測(cè)時(shí)，LED1、LED2、LED3的起偏器與檢偏器的預(yù)設(shè)角度分別為Θ u、Θ 21、03i，則探測(cè)器接收到的光強(qiáng)與LED燈到接收端的距離的關(guān)系有如下關(guān)系，
[0031]
【權(quán)利要求】
1.一種可見光定位系統(tǒng)，包含發(fā)射端和接收端，其特征在于， 所述發(fā)射端包含至少兩個(gè)LED燈，每一個(gè)所述LED燈上對(duì)應(yīng)地設(shè)有起偏器；所述LED燈發(fā)出的可見光通過對(duì)應(yīng)的起偏器，得到不同偏振方向的線偏振光，并發(fā)送至接收端； 所述接收端包含探測(cè)器和至少一個(gè)設(shè)置于所述探測(cè)器上的檢偏器，其中，所述起偏器與所述檢偏器的偏振方向呈預(yù)設(shè)角度； 所述接收端根據(jù)所述探測(cè)器接收到的、透過所述檢偏器的所述線偏振光的強(qiáng)度獲取所述接收端的位置信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可見光定位系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射端包含三個(gè)所述LED燈，且所述接收端的探測(cè)器上設(shè)有一個(gè)偏振方向可變的檢偏器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可見光定位系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射端包含三個(gè)所述LED燈，且所述接收端的探測(cè)器上設(shè)有三個(gè)偏振方向不同且均固定的檢偏器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可見光定位系統(tǒng)，其特征在于，所述起偏器為設(shè)置于所述LED燈上的偏振片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可見光定位系統(tǒng)，其特征在于，所述起偏器為鍍?cè)谒鯨ED燈上的偏振膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可見光定位系統(tǒng)，其特征在于，所述檢偏器為偏振片或者偏振膜。
7.—種可見光定位方法，其特征在于，包含以下步驟: 由發(fā)射端發(fā)送至少兩路不同偏振方向的線偏振光至接收端；其中，每一路所述線偏振光由所述發(fā)射端的LED燈發(fā)出的可見光經(jīng)由對(duì)應(yīng)的起偏器生成； 所述接收端通過探測(cè)器接收到的、透過設(shè)置于所述探測(cè)器上的檢偏器的線偏振光的強(qiáng)度，獲取所述接收端的位置信息；其中，所述探測(cè)器上至少設(shè)有一個(gè)所述檢偏器，且所述檢偏器與所述起偏器呈預(yù)設(shè)角度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可見光定位方法，其特征在于，所述起偏器為設(shè)置于所述LED燈上的偏振片。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可見光定位方法，其特征在于，所述起偏器為鍍?cè)谒鯨ED燈上的偏振膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可見光定位方法，其特征在于，所述檢偏器為偏振片或者偏振膜。
【文檔編號(hào)】G01S5/16GK104035070SQ201410230597
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月28日
【發(fā)明者】遲楠, 王源泉 申請(qǐng)人:南京復(fù)實(shí)通訊科技有限公司