本發明涉及基于MLED-RSSI的室內可見光定位方法及系統，屬于室內定位技術領域。

背景技術：

常見的可見光定位技術主要是基于三邊定位算法，該算法需要估算接收端和發射端的距離。有很多方法可以實現測距如RSSI、TOA、TDOA、AOA等。AOA技術可以達到很好的精度估算，但是在接收端需要部署很多圖像傳感器陣列，價格非常昂貴。室內環境，發射端和接收端的距離較短導致光信號傳輸的時間很短，因此對發射端和接收端的時鐘精度和同步要求很高，使得TOA和TDOA技術難以實現。綜合考慮技術難度和技術成本，采用RSSI技術是目前可見光室內定位的主要解決方案之一。采用RSSI技術的可見光室內定位系統中，主要利用3個光源作為發射機，分別發射不同的載波信號，接收端根據接收到的信號強度估計接收端與發射端的距離，然后利用三邊定位算法，推算出接收端的位置坐標。

實際上，僅利用3個光源進行定位是有一定局限性的，假設房間內不存在任何物體遮擋時，得到的定位精度還是較為理想的。但是當用于定位的3個LED中存在某個LED發出的光信號被室內固定物體或人移動時遮擋了，這時接收端接收到該LED的信號強度會大大減弱，這樣估算的LED到接收端的距離就會與真實距離有很大誤差，最終會嚴重影響定位的精度。此外，僅采用3個定位光源時，當接收端在房間邊緣區域移動時，定位的精度會下降?？偟膩碚f，在室內僅采用3個光源進行定位，會存在遮擋問題和邊緣定位誤差大問題，這些問題都會影響到室內定位的精度。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是：提供基于MLED-RSSI的室內可見光定位方法及系統，有效解決了遮擋問題和邊緣定位誤差大問題，使室內定位精度得到了提高。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

基于MLED-RSSI的室內可見光定位方法，包括如下步驟：

步驟1，根據室內空間尺寸大小和單個LED光源的輻射范圍，在室內布置m個LED光源作為發射端，m為大于4的正整數；

步驟2，n個LED光源向接收端發射頻率不同的信號，接收端對接收到的信號進行遮擋衰減處理，得到各信號對應的遮擋衰減系數，排除遮擋衰減系數小于0.5的LED光源，保留遮擋衰減系數大于等于0.5的LED光源及對應的ID號；

步驟3，將保留下來的LED光源利用組合原理每三個組成一個拓撲結構，利用如下兩個原則從組成的拓撲結構中選出最優拓撲結構：原則一，每個拓撲結構中，三個LED光源不共線；原則二，每個拓撲結構中，三個LED光源構成一銳角三角形；

步驟4，根據步驟3得到的最優拓撲結構中三個光源的ID號得到三個光源的坐標信息，利用三個光源的坐標信息進行三邊定位算法，得到接收端的位置坐標。

作為本發明方法的一種優選方案，步驟2所述遮擋衰減系數的計算公式為：

H＝P′_RF/P_RF

其中，H為遮擋衰減系數，P′_RF為接收到的實際射頻功率，P_RF為無遮擋情況下接收到的射頻功率。

作為本發明方法的一種優選方案，步驟2所述遮擋衰減系數的范圍為0到1，其中，0表示完全遮擋，1表示不存在遮擋。

基于MLED-RSSI的室內可見光定位系統，包括發射端和接收端，所述發射端包括m個LED光源，每個LED光源包括信號發生器、LED驅動電路和LED燈，接收端包括遮擋情況處理單元、最優定位拓撲優化單元、三邊定位單元；

每個信號發生器產生不同頻率的載波，通過LED驅動電路發射到接收端，LED驅動電路與LED燈連接；

遮擋情況處理單元對接收到的信號進行遮擋衰減處理，得到各信號對應的遮擋衰減系數，排除遮擋衰減系數小于0.5的LED光源，保留遮擋衰減系數大于等于0.5的LED光源及對應的ID號，并傳送至最優定位拓撲優化單元；

最優定位拓撲優化單元將保留下來的LED光源每三個組成一個拓撲結構，利用如下兩個原則從組成的拓撲結構中選出最優拓撲結構：原則一，每個拓撲結構中，三個LED光源不共線；原則二，每個拓撲結構中，三個LED光源構成一銳角三角形；

三邊定位單元根據得到的最優拓撲結構中三個光源的ID號得到三個光源的坐標信息，利用三個光源的坐標信息進行三邊定位算法，得到接收端的位置坐標。

作為本發明系統的一種優選方案，所述接收端還包括顯示電路，顯示電路與三邊定位單元連接，用于顯示接收端的位置坐標。

本發明采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：

本發明采用多個LED作為發射機，有效提高了室內定位的精度，尤其是提高了室內邊緣區域的定位精度，有效地解決了遮擋問題，提高了定位算法的可靠性、穩定性和適用性。

附圖說明

圖1是本發明基于MLED-RSSI的室內可見光定位方法的流程示意圖。

圖2是本發明基于MLED-RSSI的室內可見光定位系統的原理示意框圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能解釋為對本發明的限制。

本發明提出了一種利用多個LED發射端實現室內定位的方法，即MLED-RSSI定位算法。結合室內照明LED布局實際情況，在充分考慮遮擋效應和LED布局拓撲結構對定位性能影響的基礎上，利用最優化方法從多個LED中合理地選取3個LED用于三邊定位，采用本發明提出來的改進方法來獲得更高的定位精度。

根據房間的空間尺寸大小和單個LED光源的輻射范圍，合理規劃LED布局和數目。主要就是LED選取準則的設計，在多個LED條件下，可供選擇的LED組合數很多，假設房間內一共有m(m>4)個LED，則一共有種組合數。首先在接收端對接收到的信號進行遮擋衰減處理，定義一個遮擋衰減系數H，用來表示某個LED發射信號被遮擋的程度，計算出所有發射端的H值大小，篩選出H較大的LED用于接下來的拓撲結構最優化過程。最優化的過程，主要就是基于三邊定位算法的基本思想，提出兩個原則，首先是3個LED不拓撲共線原則，當3個LED共線時，利用三邊定位算法解方程時，方程無解，也就無法進行定位。第二個原則是進行定位的3個LED構成的拓撲結構盡量是銳角三角形，相關文獻已經證明銳角三角形定位性能較好，鈍角三角形定位誤差最大。m個LED的位置坐標都是固定已知的，利用兩大原則進行算法設計，從篩選出來的LED中選取最優的3個LED進行三邊定位，從而提高室內定位的精度。

如圖1所示，本發明基于MLED-RSSI的室內可見光定位方法的流程示意圖，具體步驟如下。

步驟一：為了在接收端能夠正確區分開不同發射端發射出的信號，利用信號發生器產生多個頻率不同的載波，分別加載到不同的LED上。將LED的位置信息編碼成LED的ID號，每個LED具有唯一的ID號，通過圖2中的LED驅動電路將信息發射出去。如圖2所示，為基于MLED-RSSI的室內可見光定位系統的原理示意框圖。

發射端采用多個LED，LED數目大于4，接收端增加遮擋情況處理、最優定位拓撲優化和三邊定位三個單元，主要是為了選取最優的3個LED進行三邊定位，從而提高室內定位的精度。

步驟二：在接收端，引入遮擋衰減系數H來描述由于遮擋導致接收功率下降的程度，H越小表示遮擋越嚴重，若P_RF表示無遮擋情況下接收到射頻功率，接收到端可以測量出實際射頻功率P_RF'，因此H就是P_RF'與P_RF的比值。當H為0時表示完全遮擋，H為1時表示不存在任何遮擋，即最理想情況，通常取0.5作為光源篩選參考值。在圖2接收端遮擋情況處理單元中，計算出所有發射端的H值，排除掉H很小的發射端，留下H值較大的發射端，并得到H較大的發射端的ID號。

步驟三：在圖2最優定位拓撲優化單元中，將篩選出的發射端每三個組成各種拓撲結構，利用兩個原則，首先是3個LED不拓撲共線原則，第二個原則是進行定位的3個LED構成的拓撲結構盡量是銳角三角形，進行最優化算法設計，因為所有發射端的位置坐標都已知，可以得到最優的3個LED組成的拓撲結構。假設為LEDi、LEDj、LEDk，然后根據ID號得到3個LED的坐標信息。

步驟四：得到最優化的拓撲結構后，利用LEDi、LEDj、LEDk的坐標信息，進行三邊定位算法處理，得到接收端的位置坐標(x，y)，可以利用顯示電路來顯示最終的定位坐標。

以上實施例僅為說明本發明的技術思想，不能以此限定本發明的保護范圍，凡是按照本發明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發明保護范圍之內。