【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及可见光定位，更具体地，涉及一种基于单方孔多方管孔径接收机的区域拓展定位方法。
技术介绍
1、传统上，可见光定位(visible light positioning，vlp)接收机通常利用图像传感器或光电二极管(photodiode，pd)来检测从一个或多个发光二极管(light-emittingdiode，led)发送的信号。近年来，孔径接收机(aperture receiver，ar)越来越受到研究人员的关注，它通过特定的孔径结构设计，能够很好地控制光线到达光电器件的路径和方向，从而获得较好的角度分集增益。
2、ar的结构应尽可能的简单，以减轻结构参数如pd偏差、孔径厚度等可能造成的误差。例如，为了确保结构简单，应尽量减少ar的组件数量。根据组件数量的不同，现有ar可分为三类，包括多孔多管ar(multi-aperture multi-pd aperture receiver，mmar)，单孔单管ar(single-aperture single-pd ar，ssar)，以及单孔多管ar(single-aperture multi-pd ar，smar)。
3、现有的ar大多采用的是基于接收信号强度比例(received signal strengthratio，rssr)的ar(rssr-ar，rrar)的定位机制，该机制利用各个pd的受光面积与ar的所在空间位置存在的对应关系实现定位。在此定位机制下，若在某区域中出现光斑大于整个pd阵列的情况，则各个pd的受光面积均保持100％不变，它
4、目前，单方孔多方管smar(square smar，s-smar)是性能最好的一种ar结构，能够兼具低成本和低计算复杂度的优势，方形形状是消除ar关键几何特性影响的良好选择，有利于简化系统设计复杂度的同时，仍能获得较好的性能。
5、然而，现有的ar方案大多都采用完美的接收机模型，即假设孔径厚度足够薄，pd偏差足够小，事实上，这些参数在实际非理想情况下，会对定位造成明显的误差。即使孔径大小刚好等于pd阵列大小，由于孔径厚度和pd偏差的存在，有可能会使进入ar的实际光斑完整地投影在pd阵列内，从而不满足rrar系统的设计条件。
技术实现思路
1、本专利技术为克服上述现有技术中的rrar定位机制仅能处理光斑移动到pd阵列外的情况，而无法正确处理光斑在pd阵列内的情况，且在实际应用中无法消除pd偏差和孔径厚度带来的影响的缺陷，提供一种基于单方孔多方管孔径接收机的区域拓展定位方法，能够将现有的rrar定位机制的适用性拓展至孔径大小不大于pd阵列大小的smar。
2、为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：
3、一种基于单方孔多方管孔径接收机的区域拓展定位方法，包括以下步骤：
4、建立可见光定位模型；所述可见光定位模型中设置有光源和单方孔多方管孔径接收机；
5、所述单方孔多方管孔径接收机包括平行且从上至下依次设置的孔径平面和pd平面；孔径平面的中心位置设置有单个方形孔径，pd平面上设置有4个完全相同的方形pd，所有方形pd关于pd平面的中心呈中心对称的阵列设置；
6、根据所述可见光定位模型，离线测量单方孔多方管孔径接收机的方形孔径厚度和pd平面的位移偏差；
7、根据所述pd平面的位移偏差离线获取所述可见光定位模型的结构特性，并获取该结构特性所对应的位置区间判定因子集合；
8、所述单方孔多方管孔径接收机实时接收光源所发出的光，并分别测量获取单方孔多方管孔径接收机中4个方形pd的电信号；
9、利用每个方形pd获取的电信号，计算所述单方孔多方管孔径接收机的光斑等效位移；
10、根据所述单方孔多方管孔径接收机的光斑等效位移、方形孔径厚度、pd平面的位移偏差和位置区间判定因子集合，计算单方孔多方管孔径接收机的位置坐标，完成在考虑pd位移偏差和孔径厚度条件下孔径接收机的定位。
11、优选地，所述的可见光定位模型中，所述单方孔多方管孔径接收机满足以下光斑约束条件：光源发出的光经过所述方形孔径后在pd平面上形成方形的实际光斑，所述实际光斑与4个方形pd均有交集。
12、优选地，所述离线测量中，采用几何结构测量设备离线测量单方孔多方管孔径接收机的方形孔径厚度ht，以及pd平面的位移偏差{dx,dy}；
13、或采用几何结构测量设备离线测量单方孔多方管孔径接收机的方形孔径厚度ht，并利用预设的pd位移偏差测量算法计算pd平面的位移偏差{dx,dy}。
14、优选地，所述利用预设的pd位移偏差测量算法计算pd平面的位移偏差{dx,dy}，包括：
15、在所述可见光定位模型中建立测量坐标系，将单方孔多方管孔径接收机分别置于测量坐标系的x轴和y轴上，将单方孔多方管孔径接收机内部坐标系的x轴和y轴分别与测量坐标系的x轴和y轴对应重合，分别测量每个方形pd所接收到的电信号r′j(j＝1,2,3,4)；
16、根据以下公式计算获取单方孔多方管孔径接收机pd平面的位移偏差{dx,dy}：
17、
18、
19、v1＝(1+r-f)·ld
20、其中，(xu,yu)为单方孔多方管孔径接收机的横纵坐标对；r为方形孔径的边长la与方形pd的边长ld的比值；f为距离控制因子，满足：f≥1，且f<r≤f+1；v1为中间变量。
21、优选地，所述根据pd平面的位移偏差{dx,dy}离线获取可见光定位模型的结构特性包括：
22、将所述pd平面的位移偏差{dx,dy}与预设的临界值进行比较，根据比较结果获取对应的可见光定位模型的结构特性；
23、所述可见光定位模型的结构特性用于表示光斑等效位移{d′x,d′y}与单方孔多方管孔径接收机的横纵坐标对(xu,yu)之间的关系。
24、优选地，所述可见光定位模型的结构特性包括以下情况：小pd偏差和大pd偏差；
25、所述小pd偏差具体为：或所述大pd偏差具体为：或
26、优选地，当时，所述小pd偏差包括以下位置区间：
27、情况1：dx≥0，包括以下子情况：
28、子情况1：0<xu≤xu1时，d′x与xu的关系函数为：
29、
30、子情况2：xu1<xu≤xu2且xu2<xu3，或者xu1<x本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于单方孔多方管孔径接收机的区域拓展定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于单方孔多方管孔径接收机的区域拓展定位方法，其特征在于，所述的可见光定位模型中，所述单方孔多方管孔径接收机满足以下光斑约束条件：光源发出的光经过所述方形孔径后在PD平面上形成方形的实际光斑，所述实际光斑与4个方形PD均有交集。
3.根据权利要求1所述的一种基于单方孔多方管孔径接收机的区域拓展定位方法，其特征在于，所述离线测量中，采用几何结构测量设备离线测量单方孔多方管孔径接收机的方形孔径厚度hT，以及PD平面的位移偏差{dx,dy}；
4.根据权利要求3所述的一种基于单方孔多方管孔径接收机的区域拓展定位方法，其特征在于，所述利用预设的PD位移偏差测量算法计算PD平面的位移偏差{dx,dy}，包括：
5.根据权利要求4所述的一种基于单方孔多方管孔径接收机的区域拓展定位方法，其特征在于，所述根据PD平面的位移偏差{dx,dy}离线获取可见光定位模型的结构特性包括：
6.根据权利要求5所述的一种基于单方孔多方管孔径接
7.根据权利要求6所述的一种基于单方孔多方管孔径接收机的区域拓展定位方法，其特征在于，当时，所述小PD偏差包括以下位置区间：
8.根据权利要求7所述的一种基于单方孔多方管孔径接收机的区域拓展定位方法，其特征在于，所述的位置区间判定因子集合包括：和
9.根据权利要求8所述的一种基于单方孔多方管孔径接收机的区域拓展定位方法，其特征在于，所述利用每个方形PD获取的电信号r′w(w＝1,2,3,4)，计算所述单方孔多方管孔径接收机的光斑等效位移{D′x,D′y}具体为：
10.根据权利要求9所述的一种基于单方孔多方管孔径接收机的区域拓展定位方法，其特征在于，所述计算单方孔多方管孔径接收机的位置坐标包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于单方孔多方管孔径接收机的区域拓展定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于单方孔多方管孔径接收机的区域拓展定位方法，其特征在于，所述的可见光定位模型中，所述单方孔多方管孔径接收机满足以下光斑约束条件：光源发出的光经过所述方形孔径后在pd平面上形成方形的实际光斑，所述实际光斑与4个方形pd均有交集。
3.根据权利要求1所述的一种基于单方孔多方管孔径接收机的区域拓展定位方法，其特征在于，所述离线测量中，采用几何结构测量设备离线测量单方孔多方管孔径接收机的方形孔径厚度ht，以及pd平面的位移偏差{dx,dy}；
4.根据权利要求3所述的一种基于单方孔多方管孔径接收机的区域拓展定位方法，其特征在于，所述利用预设的pd位移偏差测量算法计算pd平面的位移偏差{dx,dy}，包括：
5.根据权利要求4所述的一种基于单方孔多方管孔径接收机的区域拓展定位方法，其特征在于，所述根据pd平面的位移...
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