羅歡 繆月琴 莫瑞 金廣 羅國泰 余國行

摘 要：本文提出在三邊定位法的基礎(chǔ)上再利用成像定位法來實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的精度定位。利用 LED 照明裝置作為信息發(fā)射源，在充分考慮傳輸距離對(duì)定位性能影響的基礎(chǔ)上，先利用三邊算法找到目標(biāo)的大概范圍，然后利用成像法來實(shí)現(xiàn)精確定位。

關(guān)鍵詞：室內(nèi)定位;三邊定位法;成像法

文章編號(hào)：2095-2163（2019）04-0288-02 中圖分類號(hào)：TP311.56 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

隨著無線局域網(wǎng)絡(luò)（Wireless Local Area Network，WLAN）的普及以及手機(jī)等個(gè)人設(shè)備的發(fā)展，特別是在一些復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境。人們對(duì)定位導(dǎo)航的需求也開始不斷增大。全球定位系統(tǒng)（GPS）作為應(yīng)用最廣泛的定位系統(tǒng)，雖然在室外環(huán)境中可以取得很好的定位效果，但在室內(nèi)環(huán)境中，由于GPS信號(hào)會(huì)受到障礙物的衰減作用，定位效果并不理想。到目前為止，研究人員提出并研究了多種針對(duì)室內(nèi)場景的定位系統(tǒng)，如基于圖像的定位系統(tǒng)[1]、基于射頻（RF）信號(hào)的定位系統(tǒng)[2]、超寬帶定位系統(tǒng)[3-4]，還提出了一種基于圖像傳感器的可見光定位系統(tǒng)[7]。然而，大多數(shù)基于無線通信的系統(tǒng)會(huì)受到電磁干擾影響，不能精確進(jìn)行定位或是受限于成本過高?？梢姽馔ㄐ牛╒LC）作為一種新興的無線通信方式，在電磁輻射、使用環(huán)境、安全性等方面與射頻無線通信方式相比有明顯的優(yōu)勢[5-6]，可見光定位技術(shù)得到了較為深入的研究?，F(xiàn)階段常用的可見光定位技術(shù)主要集中在基于收發(fā)兩端距離估計(jì)的三邊定位法的應(yīng)用。

本文提出在三邊定位法的基礎(chǔ)上再利用成像定位法來實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的精度定位。利用 LED 照明裝置作為信息發(fā)射源，在充分考慮傳輸距離對(duì)定位性能影響的基礎(chǔ)上，首先利用三邊算法找到目標(biāo)的大概范圍，然后利用成像法來實(shí)現(xiàn)精確定位。

1 定位原理

1.1 定位系統(tǒng)

使用3個(gè) LED 作為信號(hào)發(fā)送端，考慮到不同 LED 發(fā)出的光在自由空間傳播過程中會(huì)產(chǎn)生疊加效應(yīng)。為了獲取不同 LED 發(fā)出的信號(hào)，采用時(shí)分復(fù)用技術(shù)，將每盞LED燈發(fā)出的信號(hào)在時(shí)域上錯(cuò)開，并為每盞 LED 燈分配不同的身份標(biāo)簽（LED-ID），通過信號(hào)發(fā)生器調(diào)制 LED 燈發(fā)出的光束。3燈模型如圖1所示。

首先需要根據(jù)接收端的信號(hào)強(qiáng)度來估計(jì)收發(fā)兩端的實(shí)際距離。在此把收發(fā)兩端分別置于同一水平線上且多次測量記錄數(shù)據(jù)求平均值。然后將收發(fā)端距離和對(duì)應(yīng)的功率值描點(diǎn)作出圖像，形成函數(shù)就可得出功率與距離的關(guān)系。由于發(fā)送端硬件 LED 燈有微小的差異，測量的功率不同，因此需要分別對(duì) 3 個(gè) LED 燈進(jìn)行測量。

1.2 三邊定位法

三邊定位法是一種基于距離信息實(shí)施定位的方法。其基本思想是：已知3個(gè)發(fā)送端的坐標(biāo)和發(fā)送端到待測點(diǎn)間的距離，就可以唯一確定待測點(diǎn)的坐標(biāo)。三邊定位法的公式為：

這樣以坐標(biāo)為圓心就可以確定接收器的位置范圍。

1.3 成像法

1.3.1 成像接收

利用圖像傳感器接收光信號(hào)有多種方法。文獻(xiàn)[7]利用圖像傳感器加透鏡的方法對(duì) LED 陣列成像，并通過距離的幾何關(guān)系計(jì)算目標(biāo)位置。但計(jì)算復(fù)雜，本文采用了一種有限制但可以快速且簡單的計(jì)算接收器位置的圖像方法。

1.3.2 成像計(jì)算

系統(tǒng)采用3個(gè)坐標(biāo)已知的LED作為發(fā)射端，LED發(fā)射的光線在接收端被圖像傳感器接收，并且計(jì)算出各自的三維位置坐標(biāo)，如圖2所示。

經(jīng)過圖像傳感器的圖片按照比例n算出傳感器距離各LED的實(shí)際距離di，從而根據(jù)各LED的位置坐標(biāo)計(jì)算出傳感器位置。

2 結(jié)束語

當(dāng)前，定位技術(shù)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到各行各業(yè)，人們也在需求更多的定位方式。如何提高定位技術(shù)的準(zhǔn)確度和找出適用性較廣的定位算法，從而更好地滿足人們的需求是定位技術(shù)發(fā)展迫切需要解決的問題。本文提出的在三邊定位法的基礎(chǔ)上，再利用成像定位法來實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的精度定位方法值得利用和進(jìn)一步研究。

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