特定区域内物距定位系统与方法技术方案

本发明专利技术提出特定区域内物距定位系统与方法，所述定位系统包括多组LED光源发射器、控制每组LED光源发射器的多个接近探测器以及目标定位终端；目标定位终端包括光电探测器与蓝牙发射器。接近探测器探测所述目标定位终端与所述LED光源发射器的接近程度确定目标接近控制器；使用目标接近控制器控制对应分组的LED光源发射器中的N个LED光源在不同的时间间隙发射多个不同的光强信号；目标定位终端采用定位算法定位出当前目标定位终端的位置，并在所述目标定位终端的人机交互界面上显示。本发明专利技术的技术方案可以在LED变化情况下实现高精度的物距定位，同时避免干扰和故障。同时避免干扰和故障。同时避免干扰和故障。

【技术实现步骤摘要】
特定区域内物距定位系统与方法


[0001]本专利技术属于室内精确定位
，尤其涉及一种特定区域内物距定位 系统与方法。

技术介绍

[0002]随着物联网和现代通信技术的高速发展，基于位置信息的空间定位技术已 成为人们生产生活中不可或缺的一个重要技术.由于在室内GPS卫星信号受 到建筑物阻挡，定位的速度和精度等性能严重下降，无法满足室内定位的需 求.因此，国内外学者在室内定位技术上进行了大量研究，开发了基于无线 电磁波的室内定位系统，如蓝牙红外线激光WLAN超宽带和超声波等室 内定位技术，但是这些室内定位技术也都有各自的局限。
[0003]无线定位系统不仅成本高安全性也得不到有效保障。基于射频RF的系统 在医院飞机上或一些电磁敏感的环境中的使用也会受到限制。此外，WiFi、 ZigBee、蓝牙和超宽带(UWB)等射频定位技术不能提供较高的定位精度， 且有抗电磁干扰小、较依赖额外设备导致成本略高的问题，不能满足大规模应 用的需求。例如，尽管用于室内定位的RFID、红外线、超声波、WLAN等 技术可以提供从几米到几十厘米的定位精度。然而，大多数基于无线通信的系 统会受到电磁干扰影响，在多个用户共享的情况下通信质量下降，这些都直接 影响了定位质量。
[0004]基于发光二极管(LED)的可见光定位(VLP)技术是在可见光通信(VLC) 的基础上利用LED信标的位置及其发出光信号所携带的信息对目标接收器 进行定位的，具有成本低、无需频谱许可和无射频电磁干扰等优点，加上LED 的广泛使用，VLP技术在室内定位和导航中越来越流行。
[0005]现阶段常用的可见光定位技术包括基于接收信号强度(RSS)、到达时间 (TOA)和到达角度(AOA)以及到达时间差(TDOA)等方法，其 中AOA技术可以达到很好的精度估算，但在接收器侧需要部署图像传感器 阵列，这是非常昂贵的；相对来说，RSS较易实现但定位精度不高；对于室 内环境、发射机和接收器之间的较短距离导致信号的传输时间很短，对发射机 与接收器的时钟精度及同步要求很高，使得TOA技术难以实现。但TDOA 技术对于发射机与接收器不需要同步，只要能测出两个信号之间的时间差即可 实现精确定位。
[0006]如图1所述，现有技术使用的可见光定位技术，要求室内照明用的至少四 个LED光源L
1-L4呈等间隔对称布置在天花板上，不同LED形成的光照辐射 区相互重叠，确保目标定位终端可以同时收到不同LED发来的光强信号信 息。目标定位终端通过光电转换根据收到的参考信息实现位置估计，基于TD OA原理定位需要的参数是LED发送端到定位终端之间信号传输的时延差。 参与定位的LED数量会对定位性能产生影响。
[0007]经检索，现有技术([董支星，刘振宇，伍晓强.中国LED可见光通信室内定位 专利分析[J].中国科技信息，2018(15)：15-17.)以中国LED可见光通信室内定 位专利技术为研究对象，利用TDA分析工具、Thomson Innovation和DialogInnography分析平台，对LED可见光通信室内定位专利的发展趋势、主要申 请人、创新人才以及重点技术进行了分析，揭
示了中国在该领域专利技术的整 体发展态势。
[0008]然而，申请人在实践中发现，现有技术提出的上述可见光定位技术，都是 基于待定位目标处于相对静止状态，或者虽然待定位目标可以移动，但是在定 位时要求待定位目标和对应的LED光源灯组处于暂时的稳定静止状态；此外， 现有技术大部分都是基于多LED灯组，即至少要求接受3个以上的LED光强 信号才能完成定位；更重要的是，现有技术大多未考虑除当前LED灯组之外 其他不在定位范围内的LED灯组的光强信号影响，即忽略了干扰性，而这个 现象在实际中却是广泛存在的；最后，现有技术也并未考虑当前定位范围内的 LED存在错误或者故障的情形。
[0009]总而言之，现有技术的定位技术大多存在于理论建模层级，在实际应用中 存在各种缺陷。

技术实现思路

[0010]为解决上述技术问题，本专利技术提出一种特定区域内高精度物距定位方法 与系统。所述定位系统包括多组LED光源发射器、控制每组LED光源发射 器的多个接近探测器以及目标定位终端。所述目标定位终端包括光电探测 器以及蓝牙发射器。所述控制每组LED光源发射器的多个接近探测器与所 述目标定位终端配置的所述蓝牙发射器进行无线通信，用于探测所述目标 定位终端与所述LED光源发射器的接近程度；基于所述接近程度，将所述 多个接近探测器中的其中一个接近探测器作为目标接近控制器；使用所述 目标接近控制器控制对应分组的LED光源发射器中的N个LED光源在不 同的时间间隙发射多个不同的光强信号；所述目标定位终端的所述光电探 测器接收不同的光强信号，采用对应定位算法定位出当前目标定位终端的 位置，并在所述目标定位终端的人机交互界面上显示。
[0011]本专利技术的技术方案引入蓝牙无线通信的接近检测技术首先确定目标接 近控制器，然后基于目标接近控制器控制对应LED光源发出光强信号，避 免了无关定位范围的光强干扰；此外，基于LED光源状态的不同，可以对 应采用不同的定位算法，能够进一步提高定位精度，并且适应不同情况下 的定位要求，实践性更强。
[0012]具体而言，在本专利技术的第一个方面，提供一种高精度物距定位系统，所 述定位系统包括多组LED光源发射器以及目标定位终端。
[0013]在本专利技术的第一个方面的技术方案中，着重解决定位精度问题，因此， 要求定位范围内存在多个LED光源。
[0014]优选的，所述每组LED光源发射器包括N个LED光源，N≥3；所述 目标定位终端包括光电探测器，所述光电探测器用于接收所述LED光源发 射的光强信号。
[0015]然而，作为不同于现有技术的第一个方面，本专利技术的创造性在于：
[0016]所述定位系统还包括控制每组LED光源发射器的多个接近探测器，
[0017]所述目标定位终端还配置有蓝牙发射器；
[0018]作为体现上述创造性的关键性技术手段，
[0019]所述控制每组LED光源发射器的多个接近探测器与所述目标定位终端 配置的所述蓝牙发射器进行无线通信，用于探测所述目标定位终端与所述 LED光源发射器的接近程度；
[0020]基于所述接近程度，将所述多个接近探测器中的其中一个接近探测器作 为目标
接近控制器；
[0021]使用所述目标接近控制器控制对应分组的LED光源发射器中的N个 LED光源在不同的时间间隙发射多个不同的光强信号；
[0022]所述目标定位终端的所述光电探测器接收所述多个不同的光强信号，采 用定位算法定位出当前目标定位终端的位置，并在所述目标定位终端的人 机交互界面上显示。
[0023]更具体的，基于所述接近程度，将所述多个接近探测器中的其中一个 接近探测器作为目标接近控制器，具体包括：
[0024]每组LED光源发射器被一个接近探测器控制；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种物距定位系统，所述定位系统包括多组LED光源发射器、控制每组LED光源发射器的多个接近探测器以及目标定位终端；其特征在于：所述每组LED光源发射器包括N个LED光源，N≥3；所述目标定位终端包括光电探测器，所述光电探测器用于接收所述LED光源发射的光强信号；所述目标定位终端还配置有蓝牙发射器；所述控制每组LED光源发射器的多个接近探测器与所述目标定位终端配置的所述蓝牙发射器进行无线通信，用于探测所述目标定位终端与所述LED光源发射器的接近程度；基于所述接近程度，将所述多个接近探测器中的其中一个接近探测器作为目标接近控制器；使用所述目标接近控制器控制对应分组的LED光源发射器中的N个LED光源在不同的时间间隙发射多个不同的光强信号；所述目标定位终端的所述光电探测器接收所述多个不同的光强信号，采用定位算法定位出当前目标定位终端的位置，并在所述目标定位终端的人机交互界面上显示。2.如权利要求1所述的一种物距定位系统，其特征在于：基于所述接近程度，将所述多个接近探测器中的其中一个接近探测器作为目标接近控制器，具体包括：每组LED光源发射器被一个接近探测器控制；获取多个所述接近探测器探测到的所述目标定位终端配置的所述蓝牙发射器发射的蓝牙信号强度值；选择探测到最大蓝牙信号强度值对应的接近探测器作为所述目标接近控制器。3.如权利要求1所述的一种物距定位系统，其特征在于：所述使用所述目标接近控制器控制对应分组的LED光源发射器中的N个LED光源在不同的时间间隙发射多个不同的光强信号，具体包括：采用时分复用技术使得所述N个LED光源在不同的时间间隙发射可见光信号；所述可见光信号加载后发射所述可见光信号的LED光源的位置坐标信息。4.如权利要求3所述的一种物距定位系统，其特征在于：所述目标定位终端的所述光电探测器接收所述多个不同的光强信号，采用定位算法定位出当前目标定位终端的位置，具体包括：所述光电探测器接收所述可见光信号的强度、信号到达时间、信号到达角度信息、信号到达时间差，通过解码恢复原始信号，执行定位算法定位出当前目标定位终端的位置。5.如权利要求1所述的一种物距定位系统，其特征在于：每组LED光源发射器中包含至少一个内置颜色信标的圆形LED光源，所述颜色信标分配有唯一的ID信息；所有颜色信标的ID信息存储于预定数据库中，并在目标定位区域内通过可变频率的振幅调制方法重复广播该ID信息，使得目标定位区域内的所述目标定位终端能够接收到所述ID信息。6.如权利要求5所述的一种物距定位系统，其特征在于：
所述控制每组LED光源发射器的多个接近探测器控制该组中所述内置颜色信标的圆形LED光源的所述内置颜色信标的可见性。7.如权利要求3所述的一种物距定位系统，其特征在于：采用定位算法定位出当前目标定位终端的位置，包括：基于N个LED光...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄宇，张晓杰，任勇，
申请(专利权)人：杭州石峦科技有限公司，
类型：发明
国别省市：