一种可见光定位系统及方法
【专利摘要】本发明涉及可见光定位技术，公开了一种可见光定位系统及方法。本发明中，可见光定位系统，包含发射端和接收端，发射端包含至少两个LED灯，每一个LED灯上对应地设有起偏器；LED灯发出的可见光通过对应的起偏器，得到不同偏振方向的线偏振光，并发送至接收端；接收端包含探测器和至少一个设置于探测器上的检偏器，其中，起偏器与检偏器的偏振方向呈预设角度；接收端根据探测器接收到的、透过检偏器的线偏振光的强度获取接收端的位置信息。由于线偏振光的方向可以精确确定，利用不同偏振方向的线偏振光的光强对接收端进行定位，精度高，且计算简单，易于实现，成本低。
【专利说明】一种可见光定位系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及可见光定位技术，特别涉及一种可见光定位系统及方法。
【背景技术】
[0002]目前，可见光定位技术，特别是在室内导航领域，对于现有常用的定位技术，普遍来说，定位精度不高。
[0003]如，对于采用角度到达(Arrival Of Angle,简称Α0Α)技术的可见光定位系统，该技术根据信号到达的角度，确定目标相对于信号发射器的角度关系。具体地，是利用探测器阵列计算LED灯(信号发射器)与目标(信号接收器)的角度，并根据计算的LED灯(信号发射器)与目标(信号接收器)的角度计算目标的位置，但是，该技术对探测器阵列方位很敏感，而且，受角度算法的影响较大，定位不精确。
[0004]对于采用抵达时间(Time Of Arrival，简称Τ0Α)定位技术的可见光定位系统，是基于测量信号从信号发射器发送出去并到达信号接收器(3个或更多)的时间来定位的，其中，信号接收器设置在需要定位的目标上。信号接收器位于以信号发射器为圆心、信号接收器到信号发射器的信号传播距离为半径的圆上。在多个信号发射器进行上述计算，则可由3个圆的交点确定信号接收器的二维坐标。这种技术要求接收信号的信号发射器与信号接收器知道信号的开始传输时刻，来实现信号发射器与信号接收器的时钟精确的同步，然而，由于二者之间的距离相对于光速来说非常短，亦即，光信号在二者之间往返利用的时间非常短，导致信号发射器与信号接收器的时钟很难保持精确的同步，进而导致对目标的定位精度不高。
[0005]对于采用抵达时间差(Time Difference Of Arrival,简称TDOA)定位技术的可见光定位系统，是通过检测信号到达两个信号发射器的时间差，而不是到达的绝对时间来确定信号接收器的位置的，其中，信号接收器设置在需要定位的目标上，这降低了对时间同步的要求。信号接收器位于以两个信号发射器为焦点的双曲线方程上。确定信号接收器的二维坐标需要建立两个以上的双曲线方程，两条双曲线的交点即为信号接收器的二维位置坐标。在实际应用中，通常采用最小均方差算法，通过使非线性误差函数的平方和取得最小来估计信号接收器的位置。由于该技术不要求信号接收器与信号发射器之间的同步，因此，在误差环境下性能相对优越。但是，但由于信号发射器间的距离较短(特别是在室内导航的情况下)，两个信号发射器发射的光信号到达信号接收器时间差较�。羰奔洳饬坎痪罚慊岬贾露阅勘甑亩ㄎ痪炔晃牛籼嵛攀奔涞牟饬烤龋蚧崽嵛哦ㄎ坏某杀尽�
[0006]对于米用基于信号强度(ReceivedSignal Strength,简称RSS)定位技术的可见光定位系统，是利用信号的衰减规律，即信号接收器距离信号发射器越近收到的信号越强，反之，越弱。但是，光信号强度的变化易受干扰，从而导致对目标的定位不精确。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种可见光定位系统及方法，使得室内定位精度更高，成本更低。
[0008]为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种可见光定位系统，包含发射端和接收端；
[0009]所述发射端包含至少两个LED灯，每一个所述LED灯上对应地设有起偏器；所述LED灯发出的可见光通过对应的起偏器，得到不同偏振方向的线偏振光，并发送至接收端；
[0010]所述接收端包含探测器和至少一个设置于所述探测器上的检偏器，其中，所述起偏器与所述检偏器的偏振方向呈预设角度；
[0011]所述接收端根据所述探测器接收到的、透过所述检偏器的所述线偏振光的强度获取所述接收端的位置信息。
[0012]本发明的实施方式还提供了一种可见光定位方法，包含以下步骤:
[0013]由发射端发送至少两路不同偏振方向的线偏振光至接收端；其中，每一路所述线偏振光由所述发射端的LED灯发出的可见光经由对应的起偏器生成；
[0014]所述接收端通过探测器接收到的、透过设置于所述探测器上的检偏器的线偏振光的强度，获取所述接收端的位置信息；其中，所述探测器上至少设有一个所述检偏器，且所述检偏器与所述起偏器呈预设角度。
[0015]本发明实施方式相对于现有技术而言，是利用至少两个设有起偏器的LED灯作为发射端，发送至少两路不同偏振方向的线偏振光至接收端；各路线偏振光透过接收端中的至少一个与起偏器呈预设角度的检偏器被探测器接收，接收端根据探测器接收的不同偏振方向的线偏振光的强度，获取接收端的位置信息。由于线偏振光的方向可以精确确定，利用不同偏振方向的线偏振光的光强对接收端进行定位，精度高，且计算简单，易于实现，成本低。
[0016]另外，所述发射端包含三个所述LED灯，且所述接收端的探测器上设有一个偏振方向可变的检偏器。通过改变检偏器的偏振方向，可以改变三个LED灯发出的线偏振光透过检偏器的光强，改变两次检偏器的偏振方向，可以分别获取3次3个LED灯发出的线偏振光透过检偏器的光强，根据3次探测器接收的光强，可以对接收端进行三维定位。
[0017]另外，所述发射端包含三个所述LED灯，且所述接收端的探测器上设有三个偏振方向不同且均固定的检偏器。探测器上设有3个偏振方向固定，但偏振方向不同的检偏器，这样，每一次便可获取3组3个LED灯发出的线偏振光透过检偏器的光强，根据这3组探测器接收的光强，可以对接收端进行三维定位。这是本发明的另一种实现方式，保证了本发明实施方式的灵活性。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是根据本发明第一实施方式的可见光定位系统的结构示意图；
[0019]图2是根据本发明第二实施方式的可见光定位系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
[0021 ] 本发明的第一实施方式涉及一种可见光定位系统，包含发射端和接收端。其中，接收端设置在需要定位的目标上。
[0022]具体地说，发射端包含至少两个LED灯，每一个LED灯上对应地设有起偏器；LED灯发出的可见光通过对应的起偏器，得到不同偏振方向的线偏振光，并发送至接收端。其中，LED灯是预先安装在室内的照明灯，LED灯发出的可见光为自然光，其偏振特性在各个方向全向均匀，不显示偏振性，但是，自然光通过起偏器后，变为与起偏器的偏振方向相同的线偏振光。LED灯发出的线偏振光的光强包含了该LED灯距离接收端的距离信息。根据LED灯到接收端的距离可以获取接收端的位置信息。
[0023]在本实施方式中，起偏器可以为设置于LED灯上的偏振片，也可以为镀在LED灯上的偏振膜。在实际应用时，可根据情况进行选择。
[0024]接收端包含一个探测器和至少一个设置于探测器上的检偏器，其中，起偏器与检偏器的偏振方向呈预设角度。检偏器与起偏器的偏振方向之间的预设角度不同，透过检偏器的线偏振光的强度也不相同。探测器检测透过检偏器的光强，以供获取各LED灯与接收端的距离，进而获取接收端的位置信息。在本实施方式中，检偏器为偏振片，也可以为镀在探测器上的偏振膜。
[0025]接收端根据探测器接收到的、透过检偏器的线偏振光的强度获取接收端的位置信
息。
[0026]与现有技术相比，是利用至少两个设有起偏器的LED灯作为发射端，发送至少两路不同偏振方向的线偏振光至接收端；各路线偏振光透过接收端中的至少一个与起偏器呈预设角度的检偏器被探测器接收，接收端根据探测器接收的不同偏振方向的线偏振光的强度，获取接收端的位置信息。由于线偏振光的方向可以精确确定，利用不同偏振方向的线偏振光的光强对接收端进行定位，精度高，且计算简单，易于实现，成本低。
[0027]本发明的第二实施方式涉及一种可见光定位系统。第二实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在于:在第一实施方式中，发射端包含至少两个LED灯，这样，至少可以实现二维定位。而在本发明第二实施方式中，发射端包含三个LED灯，可以实现三维定位。
[0028]具体地说，在本实施方式中，发射端包含三个LED灯:LED1、LED2与LED3，且接收端的探测器上设有一个偏振方向可变的检偏器，具体如图1所示。
[0029]在图1中，101为LEDl，1011为LEDl对应的起偏器，102为LED2，1021为LED2对应的起偏器，103为LED3，1031为LED3对应的起偏器；104为探测器，1041为设在探测器上的检偏器。X、Y、Z表示直角坐标系的X轴、Y轴与Z轴。
[0030]其中，LEDU LED2、LED3与接收端的距离分别为屯、d2、d3。为描述方便，我们利用Θ ni表示在第i次检测时第η个LED灯对应的起偏器与检偏器的偏振方向的预设角度。即在第i次检测时，LED1、LED2、LED3的起偏器与检偏器的预设角度分别为Θ u、Θ 21、03i，则探测器接收到的光强与LED灯到接收端的距离的关系有如下关系，
[0031]
【权利要求】
1.一种可见光定位系统，包含发射端和接收端，其特征在于， 所述发射端包含至少两个LED灯，每一个所述LED灯上对应地设有起偏器；所述LED灯发出的可见光通过对应的起偏器，得到不同偏振方向的线偏振光，并发送至接收端； 所述接收端包含探测器和至少一个设置于所述探测器上的检偏器，其中，所述起偏器与所述检偏器的偏振方向呈预设角度； 所述接收端根据所述探测器接收到的、透过所述检偏器的所述线偏振光的强度获取所述接收端的位置信息。
2.根据权利要求1所述的可见光定位系统，其特征在于，所述发射端包含三个所述LED灯，且所述接收端的探测器上设有一个偏振方向可变的检偏器。
3.根据权利要求1所述的可见光定位系统，其特征在于，所述发射端包含三个所述LED灯，且所述接收端的探测器上设有三个偏振方向不同且均固定的检偏器。
4.根据权利要求1所述的可见光定位系统，其特征在于，所述起偏器为设置于所述LED灯上的偏振片。
5.根据权利要求1所述的可见光定位系统，其特征在于，所述起偏器为镀在所述LED灯上的偏振膜。
6.根据权利要求1所述的可见光定位系统，其特征在于，所述检偏器为偏振片或者偏振膜。
7.—种可见光定位方法，其特征在于，包含以下步骤: 由发射端发送至少两路不同偏振方向的线偏振光至接收端；其中，每一路所述线偏振光由所述发射端的LED灯发出的可见光经由对应的起偏器生成； 所述接收端通过探测器接收到的、透过设置于所述探测器上的检偏器的线偏振光的强度，获取所述接收端的位置信息；其中，所述探测器上至少设有一个所述检偏器，且所述检偏器与所述起偏器呈预设角度。
8.根据权利要求7所述的可见光定位方法，其特征在于，所述起偏器为设置于所述LED灯上的偏振片。
9.根据权利要求7所述的可见光定位方法，其特征在于，所述起偏器为镀在所述LED灯上的偏振膜。
10.根据权利要求7所述的可见光定位方法，其特征在于，所述检偏器为偏振片或者偏振膜。
【文档编号】G01S5/16GK104035070SQ201410230597
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年5月28日 优先权日:2014年5月28日
【发明者】迟楠, 王源泉 申请人:南京复实通讯科技有限公司
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