技術(shù)特征：

1.一種利用可見光通信的三維室內(nèi)定位方法，其特征在于：包括如下步驟：

(1)在室內(nèi)天花板上設(shè)置M個(gè)LED以發(fā)射光信號(hào)，在目標(biāo)終端上配置N個(gè)PD以接收光信號(hào)，滿足MN≥4；設(shè)LED的豎直高度為0，PD和目標(biāo)終端的豎直高度均為h，則第i個(gè)LED的三維坐標(biāo)為(x_{t_i},y_{t_i},0)，第j個(gè)PD的三維坐標(biāo)為(x_{r_j},y_{r_j},h)，目標(biāo)終端的三維坐標(biāo)為(x,y,h)，且存在如下關(guān)系：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{r\_j}=x+r_j{\mathrm{cos\φ}}_j\\ y_{r\_j}=y+r_j{\mathrm{sin\φ}}_j\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中：r_j為第j個(gè)PD距離目標(biāo)終端定位點(diǎn)的距離，φ_j為第j個(gè)PD相對(duì)于目標(biāo)終端定位點(diǎn)的極坐標(biāo)角度；

(2)使用三維坐標(biāo)表示第i個(gè)LED和第j個(gè)PD之間的距離d_ij，則有：

$d_{ij}^2={(x_{t\_i}-x-r_j{\mathrm{cos\φ}}_j)}^2+{(y_{t\_i}-y-r_j{\mathrm{sin\φ}}_j)}^2+h^2---\left(2\right)$

(3)使用第j個(gè)PD對(duì)第i個(gè)LED的光接收功率P_{r_ij}表示第i個(gè)LED和第j個(gè)PD之間的距離d_ij，具體計(jì)算步驟如下：

(31)測量第j個(gè)PD對(duì)第i個(gè)LED的光接收功率P_{r_ij}，設(shè)光信道直流增益為H_ij(0)，第i個(gè)LED的光發(fā)射功率為P_{t_i}，則有：

P_{r_ij}＝H_ij(0)P_{t_i} (3)

其中：n為LED的朗伯模型階數(shù)(取n＝1)，A_j為第j個(gè)PD的光接收面積，為第i個(gè)LED對(duì)第j個(gè)PD的輻射角度，θ_ij為第j個(gè)PD對(duì)第i個(gè)LED的入射角度；

(32)由于帶入式(3)可得：

$d_{ij}^2={\[\frac{(n+1)P_{t\_i}}{2{\mathrm{\πP}}_{r\_ij}}{A}_j{h}^{n+1}\]}^{\frac{2}{n+3}}---\left(5\right)$

(4)對(duì)式(2)和式(5)進(jìn)行整合，得到目標(biāo)終端的三維坐標(biāo)為(x,y,h)的方程為：

${\[\frac{(n+1)P_{t\_i}}{2{\mathrm{\πP}}_{r\_ij}}{A}_j{h}^{n+1}\]}^{\frac{2}{n+3}}={(x_{t\_i}-x-r_j{\mathrm{cos\φ}}_j)}^2+{(y_{t\_i}-y-r_j{\mathrm{sin\φ}}_j)}^2+h^2---\left(6\right)$

由于存在M個(gè)LED和N個(gè)PD，因此可以得到MN個(gè)式(6)，將其中未知數(shù)的平方項(xiàng)消除，得到MN-1個(gè)線性方程，用矩陣形式表示，并采用最小二乘法對(duì)目標(biāo)終端的三維坐標(biāo)進(jìn)行估計(jì)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用可見光通信的三維室內(nèi)定位方法，其特征在于：所述步驟(4)中，采用最小二乘法對(duì)目標(biāo)終端的三維坐標(biāo)進(jìn)行估計(jì)的過程包括如下步驟：

(41)將MN-1個(gè)線性方程表示成如下的矩陣形式：

Ax＝b (7)

$x=\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ h\end{array}\right]---\left(8\right)$

$A={\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{\α}}_{1\×2}& {\mathrm{\β}}_{1\×2}& {\mathrm{\γ}}_{1\×2}\\ {\mathrm{\α}}_{1\×3}& {\mathrm{\β}}_{1\×3}& {\mathrm{\γ}}_{1\×3}\\ \begin{array}{c}.\\ .\\ .\end{array}& \begin{array}{c}.\\ .\\ .\end{array}& \begin{array}{c}.\\ .\\ .\end{array}\\ {\mathrm{\α}}_{M\×N}& {\mathrm{\β}}_{M\×N}& {\mathrm{\γ}}_{M\×N}\end{array}\right]}_{(MN-1)\×3}---\left(9\right)$

$b={\left[\begin{array}{c}{b}_{1\×2}\\ b_{1\×3}\\ .\\ .\\ .\\ b_{M\×N}\end{array}\right]}_{(MN-1)\×1}---\left(10\right)$

α_i×j＝2r_jcosφ_j-2x_{t_i}-2r₁cosφ₁+2x_{t_1} (11)

β_i×j＝2r_jsinφ_j-2y_{t_i}-2r₁sinφ₁+2y_{t_1} (12)

${\mathrm{\γ}}_{i\×j}={\left(\frac{n+1}{2\mathrm{\π}}{A}_j{P}_{t\_i}\right)}^{\frac{2}{n+3}}\·\[P_{r\_11}^{\frac{-2}{n+3}}-P_{r\_ij}^{\frac{-2}{n+3}}\]---\left(13\right)$

$b_{i\×j}=x_{t\_1}^2+y_{t\_1}^2-x_{t\_i}^2-y_{t\_i}^2+2x_{t\_i}{r}_j{\mathrm{cos\φ}}_j+2y_{t\_i}{r}_j{\mathrm{sin\φ}}_j-2x_{t\_1}{r}_1{\mathrm{cos\φ}}_1-2y_{t\_1}{r}_1{\mathrm{sin\φ}}_1---\left(14\right)$

其中：A中不存在元素α_1×1、β_1×1和γ_1×1，b中不存在元素b_1×1；

(42)在定位時(shí)，首先由已知參數(shù)(x_{t_i},y_{t_i},0)、已知參數(shù)r_j、已知參數(shù)φ_j和測量值P_{r_ij}，根據(jù)式(9)～(14)計(jì)算得到A和b，然后采用最小二乘法估計(jì)目標(biāo)終端的三維坐標(biāo)：

$\hat{x}={\left(A^{T}A\right)}^{-1}{A}^{T}b---\left(15\right)$

其中：(·)^T表示矩陣的轉(zhuǎn)置，(·)^-1表示矩陣的逆，是對(duì)目標(biāo)終端的三維坐標(biāo)的估計(jì)。