【技术实现步骤摘要】
本专利技术实施例涉及可见光定位，尤其涉及一种基于手机环境光传感器的可见光定位方法和装置。
技术介绍
1、以gps为代表的室外定位技术如今已经十分成熟，在生活、生产中扮演着极其重要的角色。随着社会现代化进程，涌现出越来越多的大型室内场景，如购物商场、医疗中心、摩天大楼等。在这些场景中，人们仍依赖指示牌获取自身所在位置，这给出行带来了许多不便。近年来，对于基于智能设备的室内定位需求越来越强烈。然而，gps却无法应用于室内定位，这主要是因为从卫星传输的信号经过墙壁或天花板的遮挡会迅速衰减，无法接收准确的信号。目前已经产生了许多室内定位技术，例如，wi-fi、蓝牙、声学信号、可见光定位(vlp)、超带宽(uwb)、惯性运动单元(imu)等。每种方法在定位精度、部署难度与成本方面都各有其优劣之处。与其他技术相比，vlp定位精度较高，且照明设备应用于在各种场景，无需额外部署，成本较低，安全性高，因而被广泛关注。
2、vlp系统通常由发射器与接收器组成。对于发射器，主要有两类：由微控制器调制发射信号的led光源与未经调制的led光源。为了防止人眼感知到光源闪烁而造成的不适，一般要求led调制频率大于100赫兹。
3、智能手机在日常生活中发挥着巨大作用，利用手机作为接收器，不但便携而且易于与智能设备中的软件相结合以发挥更广泛的作用。对于基于智能手机的室内定位，通常是以手机摄像头中的互补金属氧化物半导体(cmos)图像传感器，或者环境光传感器(ambient light senso,als)作为接收端，als组件被广泛应用
技术实现思路
1、本专利技术提供一种基于手机环境光传感器的可见光定位方法和装置，以解决手机环境光传感器采样率低对定位的限制，实现基于智能手机的高精度定位。
2、第一方面，本专利技术实施例提供一种基于手机环境光传感器的可见光定位方法，应用于包括单led发射端和智能手机接收端的可见光定位系统中，所述智能手机中的环境光传感器als用于采集接收光信号强度值，包括：
3、s110、根据发射端的出射角和接收端的入射角建立可见光通信信道模型，采集标定点的数据对所述可见光通信信道模型进行标定；
4、s120、以采集的接收光信号强度值和其对应的接收光信号强度理论值的绝对值最小值作为优化目标，构建多目标优化定位模型；
5、s130、根据智能手机惯性测量单元和磁力计采集的数据解算智能手机姿态；
6、s140、将智能手机在各姿态下的接收光信号强度值以及对应的姿态角输入所述目标优化定位模型，解算得到智能手机的三维位置信息。
7、可选的，所述s110包括：
8、根据朗伯模型，以及发射端光线的出射角和als光线的入射角建立可见光通信信道模型；
9、根据几何变换推导，将所述可见光通信信道模型变换为仅与智能手机坐标相关的函数；
10、将标定点处采集的数据带入变换后的可见光通信信道模型，对模型参数进行标定。
11、可选的，根据几何变换推导，将所述可见光通信信道模型变换为仅与智能手机坐标相关的函数，包括：
12、根据几何变换推导，将可见光通信信道模型中与led光线的出射角和als光线的入射角有关的变量用智能手机的坐标(x,y,z)表示；相应的，变换后的可见光通信信道模型的函数为：
13、
14、其中，m和m分别为pd和led的郎伯系数，(x,y,z)为智能手机坐标，(x,y,h)为led坐标，为坐标系中智能手机平面的法向量，k＝arpt(m+1)/2π，ar是als的表面有效面积，pt是led的光功率。
15、可选的，所述s120中的多目标优化定位模型为：
16、min fi(x,y,z)＝min|pi(x,y,z)-rssi|
17、
18、其中，pi(x,y,z)是由接收光强度理论值，rssi为als采集的信号光接收强度值，m为室内空间的长，单位为米，n为室内空间的宽，单位为米，h1,h2为人持智能手机的普遍高度范围。
19、可选的，所述s140包括：
20、根据智能手机的俯仰角，滚转角和航向角，计算空间坐标系中智能手机的法向量；
21、将智能手机每种姿态下的接收光信号强度值与对应的智能手机的法向量输入多目标优化定位模型，解算得到手机的三维位置信息。
22、第二方面，本专利技术实施例还提供一种基于手机环境光传感器的可见光定位装置，配置于包括单led发射端和智能手机接收端的可见光定位系统中，所述智能手机中的环境光传感器als用于采集接收光信号强度值，包括：
23、可见光通信信道模型建立及标定模块，用于根据发射端的出射角和接收端的入射角建立可见光通信信道模型，采集标定点的数据对所述可见光通信信道模型进行标定；
24、多目标优化定位模型构建模块，用于以采集的接收光信号强度值和其对应的接收光信号强度理论值的绝对值最小值作为优化目标，构建多目标优化定位模型；
25、姿态计算模块，用于根据智能手机惯性测量单元和磁力计采集的数据解算智能手机姿态；
26、三维位置信息计算模块，用于将智能手机在各姿态下的接收光信号强度值以及对应的姿态角输入所述目标优化定位模型，解算得到智能手机的三维位置信息。
27、本专利技术单led为发射端，提出了一种适用于手机的可见光定位方法，通过调用智能手机环境光传感器采集接收光信号强度值，以及通过惯性测量单元和磁力计采集的数据解算手机姿态，结合接收光信号强度值与手机姿态角数据解算多目标优化定位模型，以得到智能手机的三维位置。本专利技术的技术方案，不需要改造led光源并直接使用智能手机作为接收端，具有成本低、实现简单的优点；此外，本专利技术可以实现三维空间的定位，用户持手机的高度不会对二维平面内的定位效果产生较大的影响，并且本专利技术还考虑了不同入射角下接收光强度值的区别，能够实现高精度的室内定位结果。
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1.一种基于手机环境光传感器的可见光定位方法，应用于包括单LED发射端和智能手机接收端的可见光定位系统中，所述智能手机中的环境光传感器ALS用于采集接收光信号强度值，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S110包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据几何变换推导，将所述可见光通信信道模型变换为仅与智能手机坐标相关的函数，包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S120中的多目标优化定位模型为：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S140包括：
6.一种基于手机环境光传感器的可见光定位装置，配置于包括单LED发射端和智能手机接收端的可见光定位系统中，所述智能手机中的环境光传感器ALS用于采集接收光信号强度值，其特征在于，包括：
【技术特征摘要】
1.一种基于手机环境光传感器的可见光定位方法，应用于包括单led发射端和智能手机接收端的可见光定位系统中，所述智能手机中的环境光传感器als用于采集接收光信号强度值，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述s110包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据几何变换推导，将所述可见光通信信道模型变换为仅与智能手机坐标相关...
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