一种结合加速度计的LED室内2D定位方法

摘要

本发明提供了一种结合加速度计的LED室内2D定位方法，LED灯作为发射机并发送带有其位置信息的ID编码，移动设备作为接收机，将旋转角度考虑到定位方法中，使用带加速度计的接收机接收各LED灯的发射光并获取接收功率，通过加速度计的角度信息获取不同旋转角度下接收机的法线方向，引入入射角度的详细计算方法，将手持设备的旋转角度最终量化为入射角度，从而提供更高的定位精度，可将定位精度从现有技术的分米级或米级提高至厘米级；使用的接收机可以是日常使用的手机，由于大多数手机自带加速度计，定位过程中自动调用手机自带的加速度计的相关信息，使用成本较低，采用矩阵运算，软件实现复杂度低，不会影响手机运行速率。

主权项

一种结合加速度计的LED室内2D定位方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)对室内照明系统的各LED灯进行编码，将各LED灯的编码以时分复用的形式加载到LED灯的发射光中；(2)使用带加速度计的接收机接收各LED灯的发射光并获取接收功率，在同一位置将接收机旋转K个不同角度，7≥K≥3，在各旋转角度下选取接收机的接收功率中最大的N个接收功率为有效接收功率，1≤N≤4，接收机获取不同旋转角度下的有效接收功率P_rik和加速度计的角度信息，1≤i≤N，1≤k≤K；(3)定义向量R_ik，其方向为不同旋转角度下接收机的法线方向、大小为∣R_ik∣＝P_rik，接收机的法线方向通过加速度计的角度信息进行确定；(4)定义平面W_ik，平面W_ik为经过向量R_ik末端并垂直于向量R_ik的平面，平面W_ik的公式为：a_ik*x+b_ik*y+c_ik*z＝d_ik，(5)定义向量T_i，其方向从接收机指向接收到的发射光所对应LED灯，向量T_i即为入射光线，计算公式为：$T_i={\left(\underset{k=1}{\overset{K}{\Sigma }}{A}_{ik}^T{A}_{ik}\right)}^{-1}\left(\underset{k=1}{\overset{K}{\Sigma }}{A}_{ik}^T{B}_{ik}\right),$$A_{ik}=\frac{-1}{a_{ik}^2+b_{ik}^2+c_{ik}^2}{\left[\begin{array}{ccc}{a}_{ik}& b_{ik}& c_{ik}\end{array}\right]}^T\left[\begin{array}{ccc}{a}_{ik}& b_{ik}& c_{ik}\end{array}\right],$$B_{ik}=\frac{d_{ik}}{a_{ik}^2+b_{ik}^2+c_{ik}^2}{\left[\begin{array}{ccc}{a}_{ik}& b_{ik}& c_{ik}\end{array}\right]}^T;$(6)计算接收机法线方向与入射光线的夹角，该夹角即入射角度计算公式为：(7)计算接收机与接收到的发射光所对应LED灯之间的距离D_i，计算公式为：其中P_ti为接收到的发射光所对应LED灯的发射功率，h为接收机与接收到的发射光所对应LED灯之间的垂直距离，C根据如下公式计算得到：式中，m为朗伯系数，A为接收端光接收面的物理探测面积，是接收机中的光滤波器的传播系数，是接收机中的光集中器的增益，由下式确定：式中，Φ_c为光集中器视角，n是折射率；(8)利用2D定位法计算接收机的二维位置坐标：(8‑1)设接收到的发射光所对应LED灯的坐标为(X_i,Y_i)，接收机的二维位置坐标为(x,y)，有(x‑X_i)²+(y‑Y_i)²＝r_i²，r_i为接收到的发射光所对应LED灯与接收机的水平距离；(8‑2)令Q＝[x,y]^T，由最小二乘法得到：Q＝(M^TM)^‑1M^TN，其中，$M=\left[\begin{array}{cc}{X}_2-X_1& Y_2-Y_1\\ .& .\\ .& .\\ .& .\\ X_n-X_1& Y_n-Y_1\end{array}\right],$$N=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{c}(r_1^2-r_2^2)+(X_2^2+Y_2^2)-(X_1^1+Y_1^2)\\ .\\ .\\ .\\ (r_1^2-r_n^2)+(X_n^2+Y_n^2)-(X_1^2+Y_1^2)\end{array}\right],$解得接收机的二维位置坐标(x,y)。