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CN110082721B - 基于led光源的室内固定障碍条件下水平光源定位方法 - Google Patents

基于led光源的室内固定障碍条件下水平光源定位方法 Download PDF

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CN110082721B
CN110082721B CN201910355421.9A CN201910355421A CN110082721B CN 110082721 B CN110082721 B CN 110082721B CN 201910355421 A CN201910355421 A CN 201910355421A CN 110082721 B CN110082721 B CN 110082721B
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receiver
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金志刚
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Tianjin University
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Tianjin University
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Abstract

本发明涉及一种基于LED光源的室内固定障碍条件下水平光源定位方法，包括：在吊顶下的墙角和边缘布设多个接收器，在室内吊顶下设置多个凸面镜，凸面镜设置在室内障碍物之间的走道上方，其角度满足能够将其正下方及周围LED光源所发出的入射光束反射到至少一处接收器上，面向同一接收器的凸面镜，方向一致，互不遮挡，能够直接将LED光源光束反射至该接收器；各接收器采集的光电信号被传送至汇聚中心，根据同一白光LED在多接收器上形成不同的入射角度、不同的光电能的原理，由汇聚中心进行对比分析，得到线性的定位对象水平移动位置变化情况，确定其行为状态。在定位对象顶部设置一处中心垂直向上照射、且照射角度范围固定的LED光源。

Description

基于LED光源的室内固定障碍条件下水平光源定位方法
技术领域
本发明涉及可见光通信技术领域，具体的讲是基于白光LED的室内固定障碍条件下水平光源定位方法。
背景技术
着LED光源技术的发展和进步，具有高亮度、低功耗、长寿命等优点的白光LED已有逐渐取代日光灯和白炽灯的趋势。由于白光LED通信调制便捷、响应迅速，在无害辐射、保密、稳定性等方面与红外、紫外、射频等方式相比优势明显，成为一种新兴的可见光通信(VLC)方式，正在逐步推广到室内定位领域。现有LED定位方法能够维持信道的稳定性，可操作性强，但是对于室内水平移动目标的跟踪定位采样需求缺乏针对性模型，单光源多接收器条件下的射频信号的获取处理研究较少。
具体而言，一些大型超市、图书馆、生产车间内，传统GPS定位存在无线弱电信号屏蔽、定位误差、位置延时判定的特性。这些特性使得用户存在定位数据与实际水平移动行为差异较大、错误判定移动设备状态等方面面临着许多问题。并且对于定位对象来说，室内多种现代化电器设备产生的电磁辐射，又给定位终端的正常工作带来了巨大挑战。由于电器设备的电磁辐射干扰与定位对象的水平移动状态会严重影响定位的效能，因此研究如何充分利用入射光判定水平移动目标行为特征，避免或减小的干扰、避免水平移动定位延迟和误差方法措施，成为了是定位体系设计中面临的很大的挑战。
发明内容
为了充分利用入射光判定水平移动的目标行为特征，科学减少光源数量，避免或减小的干扰、避免水平移动定位延迟和误差的问题，本发明提供一种基于白光LED的室内固定障碍条件下水平光源定位方法，可以实现多LED光源接收器借助凸面镜反射，对同一发射器的水平移动过程的连续定位。技术方案如下：
一种基于LED光源的室内固定障碍条件下水平光源定位方法，包括下列几个方面：
(1)在吊顶下的墙角和边缘布设多个接收器，在室内吊顶下设置多个凸面镜，凸面镜设置在室内障碍物之间的走道上方，其角度满足能够将其正下方及周围LED光源所发出的入射光束反射到至少一处接收器上，面向同一接收器的凸面镜，方向一致，互不遮挡，能够直接将LED光源光束反射至该接收器；根据同一白光LED在多接收器上形成不同的入射角度、不同的光电能的原理，各接收器采集的光电信号被传送至汇聚中心，由汇聚中心进行对比分析，得到线性的定位对象水平移动位置变化情况，确定其行为状态。
(2)在定位对象顶部设置一处中心垂直向上照射、且照射角度范围固定的LED光源，光源发射过程中，保持光源中心点垂直，光源照度不变，照射范围均匀，定位对象在障碍物之间的通道水平移动时产生的光信号能够得到至少两个接收器的有效接收，不同定位光源之间应为异频或波形差异，以避免出现互扰。
附图说明
图1是本发明系统流程图
图2是本发明多接收器设置
图3是本发明基于多接收器的定位判定
图4是本发明白光LED光源和定位对象装配
具体实施方式
现在对本发明的实施提供详细参考。为解释本发明将参考附图描述下述实施例。
本发明以白光LED的光束收发系统为基础，建立室内在障碍物(货架、机器)之间的水平移动通道上方顶部，设置平镜，镜面反射角度能够将手推车上白光LED光源发出的光束反射至吊顶边缘或墙角位置的两处接收器上，在定位对象(运输推车、机器人)顶部设置一处中心垂直向上照射、且照射角度范围固定的LED光源，根据建立同一LED光源在多接收器上形成的不同入射角度、不同光电能建立数据采集基础模型，在连接全部接收器的汇聚中心进行对比分析，得到线性的定位对象水平移动状态变化情况，确定其行为状态。在上述模型基础上设计的白光LED定位方法，使在室内完全避免了电器设备电磁辐射对定位终端工作情况的干扰，同时能够快速精确地提供位置信息，提高了定位效能。
图1显示了本发明的四个步骤开展顺序，分别是：
(1)确定监测区域与接收器设置、测试：将接收器安装在大型超市、图书馆、厂房车间室内，建立室内吊顶下凸面镜，在吊顶下墙角和边缘设置多角度接收传感体系，在定位对象顶部设置一处中心垂直向上照射、且照射角度范围固定的LED光源，根据建立同一LED光源在多接收器上形成的不同入射角度、不同光电能建立数据采集基础模型，连接全部接收器的汇聚中心，进行接收器测试。
(2)LED光源设置与测试：按照步骤二设置光源。用任一接收器测试各光源照度持续稳定性。将光源放在各墙角位置点亮，测试是否能够确保有2个以上接收器采集正确的位置数据。
(3)定位对象设置与光源安装：以(2)为基础，将光源发射器固定安装在水平移动定位对象顶部，光源中心垂直朝上安装，定位对象内置传感器主板及电池模块，测试定位对象水平移动行为是否正常，光源是否无明显震动。
图2显示了多接收器设置。作为监测区域的室内要求各墙角均为[90°，180°]。
(1)图2(a)为吊顶下侧的截面图。各接收器(甲、乙、丙、丁等)均匀布设在室内。要求任一发射器α点亮后，其在障碍物之间的通道水平移动时产生的光信号均能够得到2个及以上接收器的有效接收，在汇聚中心产生定位数据。其中，在同一通道上方的两片相邻凸面镜，能够同时将其中任一片凸面镜正下方的LED光源信号传输至室内接收器。室内面向同一接收器的凸面镜，方向一致，互不遮挡，能够直接将LED光源光束传输至该接收器。室内各凸面镜相互之间不应存在光线再次反射。
(2)图2(b)为房间内任一接收器所在位置的剖面图。在室内吊顶下方安装凸面镜。室内接收器数量(≥8个)由工作方式和监测需求决定，要求各接收器均在吊顶内进行电路和网络布线，连接交流电源和汇聚中心。在接收区域，接收器布设满足接收凸面镜反射光束。
图3是基于多接收器的定位判定。对任一装配有LED光源的定位对象α而言，某一时点，接收器甲、乙分别为最强入射光照度的2个接收器，综合确定定位数据。此时取接收器甲、乙接收入射光线照度，分析得到同一走道范围内存在可能的弧圈αA、αB，二者存在一处重合的点，即为该时刻定位对象α所在位置。
图4是白光LED光源和定位对象装配。定位对象应为运输推车或机器人。在水平移动过程中，定位对象携带LED光源电池储能充足，光源光照强度稳定不变。发射器由主板、光源、陀螺仪、遥控信号接收器、移动控制器、电池组成。在水平移动时，光束呈垂直向上。

Claims (1)

1.一种基于LED光源的室内固定障碍条件下水平光源定位方法，包括下列几个方面：
(1)在墙角和边缘布设多个接收器，在室内吊顶下设置多个凸面镜，凸面镜设置在室内障碍物之间的走道上方，其角度满足能够将其正下方及附近LED光源所发出的入射光束反射到至少一处接收器上，面向同一接收器的凸面镜，方向一致，互不遮挡，能够直接将LED光源光束反射至该接收器,各接收器采集的光电信号被传送至汇聚中心；所述LED光源为白光LED光源，根据同一白光LED光源在不同接收器上形成不同的入射角度，从而接收到的光电能也不同的原理，由汇聚中心进行对比分析，得到线性的定位对象水平移动位置变化情况，确定其行为状态；
(2)在定位对象顶部设置一个相对于水平移动方向垂直向上照射、且照射角度范围固定的LED光源，LED光源发射过程中，保持LED光源中心点垂直，LED光源照度不变，照射范围均匀，定位对象在障碍物之间的通道水平移动时产生的光信号能够得到至少两个接收器的有效接收，不同LED光源之间具有频率差异或波形差异，以避免出现互扰。
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