一種遮擋檢測的可見光定位系統及方法技術方案

本發明專利技術提出了一種遮擋檢測的可見光定位系統及方法

【技術實現步驟摘要】
一種遮擋檢測的可見光定位系統及方法


[0001]本專利技術屬于室內導航定位領域，尤其涉及一種遮擋檢測的可見光定位系統及方法
。

技術介紹

[0002]可見光定位技術是一種新型的高精度室內定位技術，可以在室內區域提供厘米級或分米級導航定位服務，并且具有低成本
、
綠色環保
、
低功耗等優點
。
在可見光定位方案中，有一種常用的定位方式是用光電二極管
(PD)
測量
LED
燈發射的光信號強度，通過朗伯模型來推算距離，從而解算出
PD
位置的方法
。
這種方法只需要數個調制信號的
LED
燈和一個
PD
就可以完成定位，成本較低，且具有較高精度
。
但是由于光信號不能穿透不透明的物體，一旦光的直射視線被遮擋，接收信號強度
(RSS)
將會顯著減小
。
[0003]為了剔除一些被遮擋的可見光觀測值，比較容易想到的是判斷觀測值是否接近零
。
針對使用頻分多址技術區分
LED
燈的定位方案中，在兩種情形下即使被遮擋，
RSS
也不一定接近零：一是環境中有比較明顯的光反射效應，即使接收不到直射信號，反射信號也可能被接收到；二是由于可見光通常通過傅里葉變換的方式提取不同頻率的
RSS
數據，如果遮擋的時間比較短，小于傅里葉變換的窗口大小，則
RSS
不一定接近零
。
但是這兩種情況下的遮擋信號都會嚴重影響定位精度
。
因此，需要提出一種遮擋檢測的方法，面對動態復雜的環境，有效地剔除被遮擋的可見光
RSS
數據
。

技術實現思路

[0004]為了有效剔除被遮擋的可見光
RSS
數據，提高室內載體定位精度，本專利技術提出了一種遮擋檢測的可見光定位系統及方法
。
[0005]本專利技術系統的技術方案為一種遮擋檢測的可見光定位系統，包括：
[0006]第1個
LED
燈
、
第2個
LED
燈
、...、
第
L
個
LED
燈
、
光電二極管接收機
、
機器人車；
[0007]所述的第1個
LED
燈
、
第2個
LED
燈
、...、
第
L
個
LED
燈安裝于室內屋頂；
[0008]所述光電二極管接收機放置于所述機器人車上；
[0009]所述光電二極管接收機與所述機器人車有線連接；
[0010]所述機器人車需能夠提供光電二極管接收機的姿態角，以及確定運動的方向；
[0011]所述第
l
個
LED
燈與光電二極管接收機無線連接，
l∈[1
，
L]；
[0012]所述第
l
個
LED
燈的信號頻率為
F
l
；
[0013]本專利技術方法的技術方案為一種遮擋檢測的可見光定位方法，包括：
[0014]步驟1：光電二極管接收機接收上一時段
、
當前時段的
LED
燈混合光信號，并通過光電轉換得到上一時段
、
當前時段的
LED
燈混合光信號強度，將上一時段
、
當前時段的
LED
燈混合光信號強度分別傳輸至機器人車；機器人車將上一時段
、
當前時段的
LED
燈混合光信號強度分別通過
FFT
變換得到上一時段
、
當前時段的
LED
燈混合光信號頻譜，在上一時段
LED
燈混合光信號頻譜上根據每個
LED
燈的信號頻率進行依次搜索，得到上一時段每個
LED
燈的信號
強度，在當前時段
LED
燈混合光信號頻譜上根據每個
LED
燈的信號頻率進行依次搜索，得到當前時段每個
LED
燈的信號強度；結合上一時段每個
LED
燈的信號強度
、
當前時段每個
LED
燈的信號強度
、
相鄰兩個時段的時間間隔計算，得到當前時段每個
LED
燈的歸一化后信號強度變化率；
[0015]步驟2：在室內任意選擇一個墻角作為
O
點，將墻角所在地面的兩條邊作為
X
軸
、Y
軸，將墻角所在的立柱作為
Z
軸，所述的
X
軸
、Y
軸
、Z
軸滿足右手定則，以構建世界坐標系；
[0016]步驟3：機器人根據三軸運動方向的判別結果，選擇對應的遮擋閾值模型計算當前時段每個
LED
燈的閾值；
[0017]步驟4：將當前時段每個
LED
燈的歸一化后信號強度變化率結合當前時段每個
LED
燈的閾值進行判斷，得到當前時段每個
LED
燈的遮擋狀態；
[0018]步驟5：機器人車根據當前時段每個
LED
燈的遮擋狀態進行篩選，得到當前時段多個未被遮擋的
LED
燈，將當前時段多個未被遮擋的
LED
燈的信號強度通過基于
LED
燈信號強度的室內定位方法進行定位，得到機器人當前時段的位置
。
[0019]作為優選，步驟1所述上一時段
、
當前時段均由多個時刻組成；
[0020]步驟1所述當前時段每個
LED
燈的歸一化后信號強度變化率，具體計算如下：
[0021][0022]l∈[1
，
L]，
i∈[1
，
I][0023]其中，
r
i+1,l
表示第
i+1
時段第
l
個
LED
燈的歸一化后信號強度變化率，
P
i+1,l
表示
i+1
時段第
l
個
LED
燈的接收信號強度，
P
i,l
表示第
i
時段第
l
個
LED
燈的接收信號強度，
δ
t
表示相鄰兩個時段之間的時間差，
P
TRUE,l
表示第
l
個
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【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.
一種遮擋檢測的可見光定位系統，其特征在于，包括：第1個
LED
燈
、
第2個
LED
燈
、...、
第
L
個
LED
燈
、
光電二極管接收機
、
機器人車；所述的第1個
LED
燈
、
第2個
LED
燈
、...、
第
L
個
LED
燈安裝于室內屋頂；所述光電二極管接收機放置于所述機器人車上；所述光電二極管接收機與所述機器人車有線連接；所述機器人車需能夠提供光電二極管接收機的姿態角，以及確定運動的方向；所述第
l
個
LED
燈與光電二極管接收機無線連接，
l∈[1
，
L]
；所述第
l
個
LED
燈的信號頻率為
F
l
；機器人計算當前時段每個
LED
燈的歸一化后信號強度變化率；結合右手定則構建世界坐標系；機器人根據三軸運動方向的判別結果，選擇對應的遮擋閾值模型計算當前時段每個
LED
燈的閾值；將當前時段每個
LED
燈的歸一化后信號強度變化率結合當前時段每個
LED
燈的閾值進行判斷，得到當前時段每個
LED
燈的遮擋狀態；機器人車根據當前時段每個
LED
燈的遮擋狀態進行篩選，得到當前時段多個未被遮擋的
LED
燈，通過基于
LED
燈信號強度的室內定位方法進行定位，得到機器人當前時段的位置
。2.
一種應用于權利要求1所述的遮擋檢測的可見光定位系統的遮擋檢測的可見光定位方法，其特征在于：步驟1：光電二極管接收機接收上一時段
、
當前時段的
LED
燈混合光信號，并通過光電轉換得到上一時段
、
當前時段的
LED
燈混合光信號強度，將上一時段
、
當前時段的
LED
燈混合光信號強度分別傳輸至機器人車；機器人車通過頻譜搜索方法分別得到上一時段每個
LED
燈的信號強度
、
當前時段每個
LED
燈的信號強度；結合上一時段每個
LED
燈的信號強度
、
當前時段每個
LED
燈的信號強度
、
相鄰兩個時段的時間間隔計算，得到當前時段每個
LED
燈的歸一化后信號強度變化率；步驟2：在室內任意選擇一個墻角作為
O
點，將墻角所在地面的兩條邊作為
X
軸
、Y
軸，將墻角所在的立柱作為
Z
軸，所述的
X
軸
、Y
軸
、Z
軸滿足右手定則，以構建世界坐標系；步驟3：機器人根據三軸運動方向的判別結果，選擇對應的遮擋閾值模型計算當前時段每個
LED
燈的閾值；步驟4：將當前時段每個
LED
燈的歸一化后信號強度變化率結合當前時段每個
LED
燈的閾值進行判斷，得到當前時段每個
LED
燈的遮擋狀態；步驟5：機器人車根據當前時段每個
LED
燈的遮擋狀態進行篩選，得到當前時段多個未被遮擋的
LED
燈，將當前時段多個未被遮擋的
LED
燈的信號強度通過基于
LED
燈信號強度的室內定位方法進行定位，得到機器人當前時段的位置
。3.
根據權利要求2所述的遮擋檢測的可見光定位方法，其特征在于：步驟1所述機器人車通過頻譜搜索方法分別得到上一時段每個
LED
燈的信號強度
、
當前時段每個
LED
燈的信號強度，具體如下：機器人車將上一時段
、
當前時段的
LED
燈混合光信號強度分別通過
FFT
變換得到上一時段
、
當前時段的
LED
燈混合光信號頻譜，在上一時段
LED
燈混合光信號頻譜上根據每個
LED
燈的信號頻率進行依次搜索，得到上一時段每個
LED
燈的信號強度，在當前時段
LED
燈混合光信號頻譜上根據每個
LED
燈的信號頻率進行依次搜索，得到當前時段每個
LED
燈的信號強度
。
4.
根據權利要求3所述的遮擋檢測的可見光定位方法，其特征在于：步驟1所述上一時段
、
...

【專利技術屬性】
技術研發人員：孫驍，趙楷，莊園，
申請(專利權)人：湖北珞珈實驗室，
類型：發明
國別省市：