基于可见光通信的单个有标记LED灯的室内定位方法研究

摘要

随着工业技术的发展和人们对生活品质的追求，在大型商场、大型物流仓储、地下停车场、无人工厂等室内场景中实现准确定位的需求与日俱增。目前，已经有多种室内定位技术被提出，如：WIFI技术、蓝牙技术、ZigBee技术、UWB技术等，这些定位方式有着定位精度达不到要求、需要安装额外的设备、电磁干扰严重等缺点。可见光室内定位技术是一种基于可见光通信的、通过LED灯具发出的可见光来进行室内定位的技术，它有着照通两用、价格低廉、抗干扰能力强等优点。但是，现在的可见光室内定位技术都需要接收器接收到两盏或者两盏以上的灯的光信号才可以进行定位。由于接收器的视场是固定的，在定位过程中就会出现接收器只能接受到一盏灯的光信号，就无法进行定位。针对这种情况，本文提出了利用单个LED灯作为光信号元的基于可见光通信的室内定位方法，实现了大型室内场馆下的单灯定位，可有效减少单位面积下用于定位的LED灯数量，降低可见光室内定位的总能耗。　　首先，本文对单个圆形平面LED灯投影形状的定位方法进行了研究，基于空间投影规律，圆形的LED灯在手机前置摄像头接收面上将被拉伸为一个椭圆，手机与LED灯的距离不同，椭圆的形状也有所不同；在平面LED灯具与手机接受面之间高度差固定的前提下，通过分析椭圆的形状参数，可以计算得到手机与LED灯的距离信息；另外，在LED灯边缘设置标记点，通过标记点的位置确定手机相对于LED灯的方向；综合计算得到的手机与LED灯的距离和方向数据，实现了单个LED灯的定位。实验得出，单个圆形平面LED灯投影形状的定位方法的定位偏差在3.27cm-24.61cm之间。这种方法的定位偏差较大，不适用于需要精确定位的场景。　　接着，本文提出了一种有标记圆形平面LED单灯的高精度定位方法，通过手机捕捉LED灯的图像，然后检测图像中灯具的存在。根据手机拍摄到的LED灯投影的质心和LED灯边缘标记点的位置关系，计算得到手机相对于LED灯的高度、位置以及方向数据，实现单个LED灯的定位。该定位方法在高度上定位偏差为0.4-4.6cm，水平方向定位偏差为0.125-6.234cm。

目录

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第一章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1室内可见光定位方法

1.3 本文研究内容及章节安排

第二章 LED灯具的编码与解码方法

2.1 LED灯具的编码

2.2 识别条纹区域

2.3 条纹区域解码

2.4 本章小结

第三章 基于单个圆灯投影形状的可见光定位实验研究

3.1 系统模型

3.2 定位原理

3.3 定位算法

3.4 实验测试

3.4.1 测试现场环境

3.4.2 设备信息

3.4.3 实验方法

3.4.4结果分析

3.5 本章小结

第四章 基于单个有标记LED灯的高精度定位方法研究

4.1 定位系统模型

4.2 基于有标记LED单灯的高精度定位算法

4.3 实验测试

4.3.1 测试现场环境

4.3.2 设备信息

4.3.3 实验方法

4.3.4 结果分析

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

项目资助

致谢