一種可見光定位系統及方法
【專利摘要】本發明涉及可見光定位技術，公開了一種可見光定位系統及方法。本發明中，可見光定位系統，包含發射端和接收端，發射端包含至少兩個LED燈，每一個LED燈上對應地設有起偏器；LED燈發出的可見光通過對應的起偏器，得到不同偏振方向的線偏振光，并發送至接收端；接收端包含探測器和至少一個設置于探測器上的檢偏器，其中，起偏器與檢偏器的偏振方向呈預設角度；接收端根據探測器接收到的、透過檢偏器的線偏振光的強度獲取接收端的位置信息。由于線偏振光的方向可以精確確定，利用不同偏振方向的線偏振光的光強對接收端進行定位，精度高，且計算簡單，易于實現，成本低。
【專利說明】一種可見光定位系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及可見光定位技術，特別涉及一種可見光定位系統及方法。
【背景技術】
[0002]目前，可見光定位技術，特別是在室內導航領域，對于現有常用的定位技術，普遍來說，定位精度不高。
[0003]如，對于采用角度到達(Arrival Of Angle,簡稱Α0Α)技術的可見光定位系統，該技術根據信號到達的角度，確定目標相對于信號發射器的角度關系。具體地，是利用探測器陣列計算LED燈(信號發射器)與目標(信號接收器)的角度，并根據計算的LED燈(信號發射器)與目標(信號接收器)的角度計算目標的位置，但是，該技術對探測器陣列方位很敏感，而且，受角度算法的影響較大，定位不精確。
[0004]對于采用抵達時間(Time Of Arrival，簡稱Τ0Α)定位技術的可見光定位系統，是基于測量信號從信號發射器發送出去并到達信號接收器(3個或更多)的時間來定位的，其中，信號接收器設置在需要定位的目標上。信號接收器位于以信號發射器為圓心、信號接收器到信號發射器的信號傳播距離為半徑的圓上。在多個信號發射器進行上述計算，則可由3個圓的交點確定信號接收器的二維坐標。這種技術要求接收信號的信號發射器與信號接收器知道信號的開始傳輸時刻，來實現信號發射器與信號接收器的時鐘精確的同步，然而，由于二者之間的距離相對于光速來說非常短，亦即，光信號在二者之間往返利用的時間非常短，導致信號發射器與信號接收器的時鐘很難保持精確的同步，進而導致對目標的定位精度不高。
[0005]對于采用抵達時間差(Time Difference Of Arrival,簡稱TDOA)定位技術的可見光定位系統，是通過檢測信號到達兩個信號發射器的時間差，而不是到達的絕對時間來確定信號接收器的位置的，其中，信號接收器設置在需要定位的目標上，這降低了對時間同步的要求。信號接收器位于以兩個信號發射器為焦點的雙曲線方程上。確定信號接收器的二維坐標需要建立兩個以上的雙曲線方程，兩條雙曲線的交點即為信號接收器的二維位置坐標。在實際應用中，通常采用最小均方差算法，通過使非線性誤差函數的平方和取得最小來估計信號接收器的位置。由于該技術不要求信號接收器與信號發射器之間的同步，因此，在誤差環境下性能相對優越。但是，但由于信號發射器間的距離較短(特別是在室內導航的情況下)，兩個信號發射器發射的光信號到達信號接收器時間差較小，若時間測量不精確，便會導致對目標的定位精度不聞，若提聞時間的測量精度，則會提聞定位的成本。
[0006]對于米用基于信號強度(ReceivedSignal Strength,簡稱RSS)定位技術的可見光定位系統，是利用信號的衰減規律，即信號接收器距離信號發射器越近收到的信號越強，反之，越弱。但是，光信號強度的變化易受干擾，從而導致對目標的定位不精確。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于提供一種可見光定位系統及方法，使得室內定位精度更高，成本更低。
[0008]為解決上述技術問題，本發明的實施方式提供了一種可見光定位系統，包含發射端和接收端；
[0009]所述發射端包含至少兩個LED燈，每一個所述LED燈上對應地設有起偏器；所述LED燈發出的可見光通過對應的起偏器，得到不同偏振方向的線偏振光，并發送至接收端；
[0010]所述接收端包含探測器和至少一個設置于所述探測器上的檢偏器，其中，所述起偏器與所述檢偏器的偏振方向呈預設角度；
[0011]所述接收端根據所述探測器接收到的、透過所述檢偏器的所述線偏振光的強度獲取所述接收端的位置信息。
[0012]本發明的實施方式還提供了一種可見光定位方法，包含以下步驟:
[0013]由發射端發送至少兩路不同偏振方向的線偏振光至接收端；其中，每一路所述線偏振光由所述發射端的LED燈發出的可見光經由對應的起偏器生成；
[0014]所述接收端通過探測器接收到的、透過設置于所述探測器上的檢偏器的線偏振光的強度，獲取所述接收端的位置信息；其中，所述探測器上至少設有一個所述檢偏器，且所述檢偏器與所述起偏器呈預設角度。
[0015]本發明實施方式相對于現有技術而言，是利用至少兩個設有起偏器的LED燈作為發射端，發送至少兩路不同偏振方向的線偏振光至接收端；各路線偏振光透過接收端中的至少一個與起偏器呈預設角度的檢偏器被探測器接收，接收端根據探測器接收的不同偏振方向的線偏振光的強度，獲取接收端的位置信息。由于線偏振光的方向可以精確確定，利用不同偏振方向的線偏振光的光強對接收端進行定位，精度高，且計算簡單，易于實現，成本低。
[0016]另外，所述發射端包含三個所述LED燈，且所述接收端的探測器上設有一個偏振方向可變的檢偏器。通過改變檢偏器的偏振方向，可以改變三個LED燈發出的線偏振光透過檢偏器的光強，改變兩次檢偏器的偏振方向，可以分別獲取3次3個LED燈發出的線偏振光透過檢偏器的光強，根據3次探測器接收的光強，可以對接收端進行三維定位。
[0017]另外，所述發射端包含三個所述LED燈，且所述接收端的探測器上設有三個偏振方向不同且均固定的檢偏器。探測器上設有3個偏振方向固定，但偏振方向不同的檢偏器，這樣，每一次便可獲取3組3個LED燈發出的線偏振光透過檢偏器的光強，根據這3組探測器接收的光強，可以對接收端進行三維定位。這是本發明的另一種實現方式，保證了本發明實施方式的靈活性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是根據本發明第一實施方式的可見光定位系統的結構示意圖；
[0019]圖2是根據本發明第二實施方式的可見光定位系統的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0020]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明的各實施方式進行詳細的闡述。然而，本領域的普通技術人員可以理解，在本發明各實施方式中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術細節。但是，即使沒有這些技術細節和基于以下各實施方式的種種變化和修改，也可以實現本申請各權利要求所要求保護的技術方案。
[0021 ] 本發明的第一實施方式涉及一種可見光定位系統，包含發射端和接收端。其中，接收端設置在需要定位的目標上。
[0022]具體地說，發射端包含至少兩個LED燈，每一個LED燈上對應地設有起偏器；LED燈發出的可見光通過對應的起偏器，得到不同偏振方向的線偏振光，并發送至接收端。其中，LED燈是預先安裝在室內的照明燈，LED燈發出的可見光為自然光，其偏振特性在各個方向全向均勻，不顯示偏振性，但是，自然光通過起偏器后，變為與起偏器的偏振方向相同的線偏振光。LED燈發出的線偏振光的光強包含了該LED燈距離接收端的距離信息。根據LED燈到接收端的距離可以獲取接收端的位置信息。
[0023]在本實施方式中，起偏器可以為設置于LED燈上的偏振片，也可以為鍍在LED燈上的偏振膜。在實際應用時，可根據情況進行選擇。
[0024]接收端包含一個探測器和至少一個設置于探測器上的檢偏器，其中，起偏器與檢偏器的偏振方向呈預設角度。檢偏器與起偏器的偏振方向之間的預設角度不同，透過檢偏器的線偏振光的強度也不相同。探測器檢測透過檢偏器的光強，以供獲取各LED燈與接收端的距離，進而獲取接收端的位置信息。在本實施方式中，檢偏器為偏振片，也可以為鍍在探測器上的偏振膜。
[0025]接收端根據探測器接收到的、透過檢偏器的線偏振光的強度獲取接收端的位置信
息。
[0026]與現有技術相比，是利用至少兩個設有起偏器的LED燈作為發射端，發送至少兩路不同偏振方向的線偏振光至接收端；各路線偏振光透過接收端中的至少一個與起偏器呈預設角度的檢偏器被探測器接收，接收端根據探測器接收的不同偏振方向的線偏振光的強度，獲取接收端的位置信息。由于線偏振光的方向可以精確確定，利用不同偏振方向的線偏振光的光強對接收端進行定位，精度高，且計算簡單，易于實現，成本低。
[0027]本發明的第二實施方式涉及一種可見光定位系統。第二實施方式與第一實施方式大致相同，主要區別之處在于:在第一實施方式中，發射端包含至少兩個LED燈，這樣，至少可以實現二維定位。而在本發明第二實施方式中，發射端包含三個LED燈，可以實現三維定位。
[0028]具體地說，在本實施方式中，發射端包含三個LED燈:LED1、LED2與LED3，且接收端的探測器上設有一個偏振方向可變的檢偏器，具體如圖1所示。
[0029]在圖1中，101為LEDl，1011為LEDl對應的起偏器，102為LED2，1021為LED2對應的起偏器，103為LED3，1031為LED3對應的起偏器；104為探測器，1041為設在探測器上的檢偏器。X、Y、Z表示直角坐標系的X軸、Y軸與Z軸。
[0030]其中，LEDU LED2、LED3與接收端的距離分別為屯、d2、d3。為描述方便，我們利用Θ ni表示在第i次檢測時第η個LED燈對應的起偏器與檢偏器的偏振方向的預設角度。即在第i次檢測時，LED1、LED2、LED3的起偏器與檢偏器的預設角度分別為Θ u、Θ 21、03i，則探測器接收到的光強與LED燈到接收端的距離的關系有如下關系，
[0031]
【權利要求】
1.一種可見光定位系統，包含發射端和接收端，其特征在于， 所述發射端包含至少兩個LED燈，每一個所述LED燈上對應地設有起偏器；所述LED燈發出的可見光通過對應的起偏器，得到不同偏振方向的線偏振光，并發送至接收端； 所述接收端包含探測器和至少一個設置于所述探測器上的檢偏器，其中，所述起偏器與所述檢偏器的偏振方向呈預設角度； 所述接收端根據所述探測器接收到的、透過所述檢偏器的所述線偏振光的強度獲取所述接收端的位置信息。
2.根據權利要求1所述的可見光定位系統，其特征在于，所述發射端包含三個所述LED燈，且所述接收端的探測器上設有一個偏振方向可變的檢偏器。
3.根據權利要求1所述的可見光定位系統，其特征在于，所述發射端包含三個所述LED燈，且所述接收端的探測器上設有三個偏振方向不同且均固定的檢偏器。
4.根據權利要求1所述的可見光定位系統，其特征在于，所述起偏器為設置于所述LED燈上的偏振片。
5.根據權利要求1所述的可見光定位系統，其特征在于，所述起偏器為鍍在所述LED燈上的偏振膜。
6.根據權利要求1所述的可見光定位系統，其特征在于，所述檢偏器為偏振片或者偏振膜。
7.—種可見光定位方法，其特征在于，包含以下步驟: 由發射端發送至少兩路不同偏振方向的線偏振光至接收端；其中，每一路所述線偏振光由所述發射端的LED燈發出的可見光經由對應的起偏器生成； 所述接收端通過探測器接收到的、透過設置于所述探測器上的檢偏器的線偏振光的強度，獲取所述接收端的位置信息；其中，所述探測器上至少設有一個所述檢偏器，且所述檢偏器與所述起偏器呈預設角度。
8.根據權利要求7所述的可見光定位方法，其特征在于，所述起偏器為設置于所述LED燈上的偏振片。
9.根據權利要求7所述的可見光定位方法，其特征在于，所述起偏器為鍍在所述LED燈上的偏振膜。
10.根據權利要求7所述的可見光定位方法，其特征在于，所述檢偏器為偏振片或者偏振膜。
【文檔編號】G01S5/16GK104035070SQ201410230597
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年5月28日 優先權日:2014年5月28日
【發明者】遲楠, 王源泉 申請人:南京復實通訊科技有限公司
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