本發(fā)明屬于室內(nèi)定位
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種基于可見光的室內(nèi)定位方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：室內(nèi)定位是指在室內(nèi)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)位置定位，主要采用無線通訊、基站定位、慣導(dǎo)定位等多種技術(shù)集成形成一套室內(nèi)位置定位體系，從而實(shí)現(xiàn)人員、物體等在室內(nèi)空間中的位置監(jiān)控。隨著經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對導(dǎo)航和定位服務(wù)的需求也日益增大，在機(jī)場大廳、展覽大廳、超市、圖書館、倉庫、地下停車場等復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境中，經(jīng)常需要確定移動終端或其持有者以及設(shè)備與物品在室內(nèi)的位置信息。尤其是智能手機(jī)的普及和移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)證，地圖與導(dǎo)航類軟件將進(jìn)入一個新的時代，也即室內(nèi)導(dǎo)航。因此，室內(nèi)定位有著廣泛的應(yīng)用前景，傳統(tǒng)的室內(nèi)定位技術(shù)由于精度比較低，無法滿足一些特定的需求。而可見光室內(nèi)定位技術(shù)由于精度相對較高，且不需要復(fù)雜的基站做支持，成為了新一代室內(nèi)定位技術(shù)發(fā)展的趨勢。現(xiàn)有可見光室內(nèi)定位技術(shù)主要分為以下兩類：1)利用LED光源發(fā)出位置ID來實(shí)現(xiàn)定位，這種定位方式相對來說比較成熟且容易實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)有產(chǎn)品大多采用這種方案。但其定位精度偏低，無法滿足更高的需求；2)根據(jù)LED信號的強(qiáng)弱來估計(jì)接收端與LED光源之間的距離，以此計(jì)算出接收端的位置。但是，這種技術(shù)由于其工作原理是測量光源亮度，導(dǎo)致接收端的抗干擾能力較差，并且基于這種技術(shù)的接收端只能在二維的平面內(nèi)實(shí)現(xiàn)精確定位。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種基于可見光的室內(nèi)定位方法及系統(tǒng)，提高定位精度，成本低，方便且容易推廣，具有可擴(kuò)展性和可移植性，功能穩(wěn)定且功耗低。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種基于可見光的室內(nèi)定位方法，包括以下步驟：建立電壓采樣值與其對應(yīng)的實(shí)際投影距離之間的函數(shù)表達(dá)式；預(yù)設(shè)并記錄當(dāng)前室內(nèi)每個信標(biāo)LED光源的坐標(biāo)信息和編碼信息；接收由與被測位置相鄰的4個信標(biāo)LED光源發(fā)送的編碼信息，分別對4個編碼信息進(jìn)行解碼，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的坐標(biāo)信息和相應(yīng)的電壓采樣值；根據(jù)轉(zhuǎn)化后的電壓采樣值和所述函數(shù)表達(dá)式，分別計(jì)算得到被測位置和與其相鄰的4個信標(biāo)LED光源之間的投影距離；根據(jù)計(jì)算得到的4個投影距離和與被測位置相鄰的4個信標(biāo)LED光源的坐標(biāo)信息計(jì)算得到被測位置的坐標(biāo)。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟建立電壓采樣值與其對應(yīng)的實(shí)際投影距離之間的函數(shù)表達(dá)式，包括以下步驟：S11：記錄被測位置在不同位置上到信標(biāo)LED光源的多個實(shí)際投影距離；S12：于不同位置上的被測位置處分別接收信標(biāo)LED光源發(fā)送的光信號，并轉(zhuǎn)換成分別對應(yīng)于不同位置的多個電壓采樣值：S13：根據(jù)所述多個實(shí)際投影距離和分別與多個實(shí)際投影距離一一對應(yīng)的多個電壓采樣值建立樣本庫；S14：對樣本庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并剔除異常數(shù)據(jù)，生成取樣庫；S15：根據(jù)取樣庫中的多個電壓采樣值和與其對應(yīng)的實(shí)際投影距離擬合生成相應(yīng)的函數(shù)表達(dá)式，該函數(shù)表達(dá)式中，電壓采樣值是自變量，實(shí)際投影距離是因變量；S16：于所述函數(shù)表達(dá)式中依次代入所述多個電壓采樣值，并依次得到與所述多個電壓采樣值一一對應(yīng)的多個結(jié)果投影距離；S17：比較所述多個結(jié)果投影距離與其對應(yīng)的實(shí)際投影距離的大小，得到比較結(jié)果；并根據(jù)比較結(jié)果對所述函數(shù)表達(dá)式進(jìn)行修整，得到優(yōu)化后的電壓采樣值和與其對應(yīng)的實(shí)際投影距離之間的函數(shù)表達(dá)式；S18：根據(jù)所述步驟S11～S17得到被測位置與每個信標(biāo)LED光源的電壓采樣值和對應(yīng)的距離之間優(yōu)化后的函數(shù)表達(dá)式。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S17和S18中，所述函數(shù)表達(dá)式表示的是被測位置和與其相鄰的4個信標(biāo)LED光源之間的電壓采樣值和對應(yīng)的距離關(guān)系，該函數(shù)表達(dá)式包括：其中，d1、d2、d3、d4分別代表被測位置到與其相鄰的4個信標(biāo)LED光源在地面上的投影距離；U1、U2、U3、U4分別表示被測位置與四個信標(biāo)LED光源的投影距離對應(yīng)的已經(jīng)處理的ADC電壓采樣值。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟根據(jù)轉(zhuǎn)化后的電壓采樣值和所述函數(shù)表達(dá)式，分別計(jì)算得到被測位置和與其相鄰的4個信標(biāo)LED光源之間的投影距離，是通過將轉(zhuǎn)化后的4個ADC電壓采樣值U1、U2、U3、U4分別代入與其對應(yīng)的函數(shù)表達(dá)式中，分別求得被測位置和與其相鄰的4個信標(biāo)LED光源之間的投影距離d1、d2、d3、d4。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟根據(jù)計(jì)算得到的4個投影距離和與被測位置相鄰的4個信標(biāo)LED光源的坐標(biāo)信息計(jì)算得到被測位置的坐標(biāo)，包括以下步驟：S51：設(shè)定被測位置的坐標(biāo)為(x’，y’)；S52：以被測位置、與被測位置相鄰的4個信標(biāo)LED光源中的其中兩信標(biāo)LED光源為頂點(diǎn)形成一第一三角形；S53：根據(jù)第一三角形中的兩信標(biāo)LED光源的坐標(biāo)信息、及根據(jù)被測位置與第一三角形中的兩信標(biāo)LED光源之間的投影距離，通過余弦定理求得第一三角形中以任一信標(biāo)LED光源為頂點(diǎn)的夾角的余弦值，得到第一余弦值；S54：根據(jù)所述第一余弦值求出被測位置的第一個橫向坐標(biāo)值xa，并根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系求出被測位置的第一個縱向坐標(biāo)值ya；S55：根據(jù)步驟S52～S54求得由被測位置、與被測位置相鄰的4個信標(biāo)LED光源中的另外兩信標(biāo)LED光源為頂點(diǎn)形成的第二三角形中以任一信標(biāo)LED光源為頂點(diǎn)的夾角的余弦值，得到第二余弦值；S56：根據(jù)所述第二余弦值求出被測位置的第二橫向坐標(biāo)值xb，并根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系求出被測位置的第二個縱向坐標(biāo)值yb；S57：根據(jù)公式求出被測位置的坐標(biāo)(x’，y’)。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，本發(fā)明基于可見光的室內(nèi)定位方法還包括被測位置的坐標(biāo)優(yōu)化計(jì)算，其包括以下步驟：優(yōu)化準(zhǔn)備步驟：當(dāng)前室內(nèi)的多個信標(biāo)LED光源以陣列排布方式設(shè)置，且以4個相鄰的信標(biāo)LED光源為頂點(diǎn)形成一正方形區(qū)域，該正方形區(qū)域?yàn)橄嗤幋a區(qū)域，且每相鄰的兩相同編碼區(qū)域互不重疊相交；對每一相同編碼區(qū)域中的4個信標(biāo)LED光源設(shè)定相同的編碼和互不相同的調(diào)制頻率，且所有相同編碼區(qū)域的編碼互不相同；以任意相鄰的4個信標(biāo)LED光源為頂點(diǎn)形成一最小正方形區(qū)域，該最小正方形區(qū)域?yàn)橹行亩ㄎ粎^(qū)域；且每相鄰的兩中心定位區(qū)域相互重疊有兩個信標(biāo)LED光源；預(yù)設(shè)并記錄每一中心定位區(qū)域的中心位置上的定位基點(diǎn)的坐標(biāo)信息和對應(yīng)的編碼，該定位基點(diǎn)的坐標(biāo)信息對應(yīng)的編碼為其對應(yīng)的中心定位區(qū)域中的4個信標(biāo)LED光源的中n位編碼按序依次排列形成的4n位編碼；及優(yōu)化計(jì)算步驟：根據(jù)對與被測位置相鄰的4個信標(biāo)LED光源發(fā)送的編碼信息進(jìn)行解碼，得到一4n位的解碼；在所有定位基點(diǎn)的4n位編碼中查詢與所述4n位解碼一致的一4n為編碼，得到該4n位解碼對應(yīng)的定位基點(diǎn)的坐標(biāo)(Xi,Yj)；根據(jù)步驟S56中求出的被測位置的坐標(biāo)(x’，y’)，根據(jù)公式計(jì)算得到被測位置優(yōu)化后的位置坐標(biāo)(x，y)。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所有信標(biāo)LED光源中僅攜帶有4種調(diào)制頻率，且任意一中心定位區(qū)域中的4個信標(biāo)LED光源攜帶的調(diào)制頻率互不相同。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種與上述基于可見光的室內(nèi)定位方法對應(yīng)的基于可見光的室內(nèi)定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括函數(shù)模擬模塊、發(fā)送模塊、接收模塊和處理模塊；所述函數(shù)模擬模塊用于建立電壓采樣值與其對應(yīng)的實(shí)際投影距離之間的函數(shù)表達(dá)式，并保存至所述處理模塊；所述發(fā)送模塊為信標(biāo)LED光源發(fā)射模塊，用于發(fā)送編碼信息和調(diào)制頻率至所述接收模塊；所述接收模塊用于接收由所述發(fā)送模塊發(fā)送的編碼信息和調(diào)制頻率，并傳送至所述處理模塊；所述處理模塊包括記錄子模塊，用于預(yù)設(shè)并記錄當(dāng)前室內(nèi)信標(biāo)LED光源發(fā)射模塊中的每個信標(biāo)LED光源的坐標(biāo)信息、編碼信息和調(diào)制頻率；解碼子模塊，用于對接收模塊傳送的編碼信息進(jìn)行解碼，輸出解碼信息；解調(diào)子模塊，用于對接收模塊傳送的調(diào)制頻率進(jìn)行解調(diào)，轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的電壓采樣值；以及處理子模塊，用于根據(jù)由解碼子模塊得到解碼信息處理得到相應(yīng)的坐標(biāo)信息，根據(jù)由解調(diào)子模塊轉(zhuǎn)化得到的電壓采樣值和所述函數(shù)表達(dá)式計(jì)算得到被測位置與其相鄰的4個信標(biāo)LED光源之間的投影距離，并根據(jù)計(jì)算得到的4個投影距離和由記錄子模塊記錄的與被測位置相鄰的4個信標(biāo)LED光源的坐標(biāo)信息計(jì)算得到被測位置的坐標(biāo)。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述信標(biāo)LED光源發(fā)射模塊包括N個信標(biāo)LED光源，用于以光的形式發(fā)射編碼信號，N為4的整數(shù)倍；LED驅(qū)動電路，用于驅(qū)動所述N個信標(biāo)LED光源；頻率發(fā)生器，用于產(chǎn)生4種不同的調(diào)制頻率信號；基帶調(diào)制器，用于對所述4種不用的調(diào)制頻率信號進(jìn)行通斷調(diào)制和脈沖編碼，形成N個編碼信號，N個編碼信號中有N/4種不同的編碼；穩(wěn)壓電路，用于接收由基帶調(diào)制器傳送的N個編碼信號，并發(fā)送至LED驅(qū)動電路，由LED驅(qū)動電路驅(qū)動N個信標(biāo)LED光源發(fā)出攜帶有編碼信號的光信號。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述接收模塊包括硅光電二極管和跨阻放大器；所述硅光電二極管接收由信標(biāo)LED發(fā)送的光信號，并轉(zhuǎn)化為電流信號，再經(jīng)跨阻放大器將所述電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號；所述解碼子模塊包括信號分離器、AD轉(zhuǎn)換器和基帶解調(diào)器；所述信號分離器對所述電壓信號進(jìn)行分離處理得到4個不同頻率的電壓信號；所述AD轉(zhuǎn)換器對由所述信號分離器處理得到的4個電壓信號進(jìn)行處理，得到4個相應(yīng)的電壓值，并輸送至一檢波電路；所述基帶解調(diào)器對檢波電路輸出的4個電壓值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，生成可被處理子模塊識別的4個電平信號；所述處理模塊對所述4個電平信號進(jìn)行處理，得到相應(yīng)的解碼信息和電壓采樣值。通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明達(dá)到了以下有益的技術(shù)效果：(1)有效地提高定位精度，成本低，方便且容易推廣，具有可擴(kuò)展性和可移植性，功能穩(wěn)定且功耗低。(2)通過利用“大區(qū)域編碼，小區(qū)域分頻”的方式，也即，確認(rèn)相同編碼區(qū)域(也即大區(qū)域)位置：首先對每個相同編碼區(qū)域進(jìn)行編碼，并使每個編碼代表著相同編碼區(qū)域的中心原點(diǎn)坐標(biāo)，也即每個編碼代表著每個定位基點(diǎn)的坐標(biāo)信息，由此即可通過分離、解調(diào)、解碼得出被測位置所在的大致位置。然后，結(jié)合中心定位區(qū)域(也即小區(qū)域)位置：先用RSSI直接法測出被測位置到4個信標(biāo)LED光源的投影距離，然后利用被測位置到最近的4個信標(biāo)LED的距離配合改良后的三角定位算法算出被測位置在中心定位區(qū)域的位置坐標(biāo)。最后將被測位置在中心定位區(qū)域的坐標(biāo)加上相同編碼區(qū)域中的定位基點(diǎn)的坐標(biāo)就可以優(yōu)化并準(zhǔn)確地確定被測位置的最終位置坐標(biāo)。進(jìn)一步提高定位精度。(3)另外，通過本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)合外部PC端的程序該可以實(shí)現(xiàn)將被測位置的定位坐標(biāo)結(jié)果可視化。且本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，發(fā)送模塊具有靈活擴(kuò)展的特性，方便安裝和布局。接收模塊和處理模塊具有便攜、小巧、移植性強(qiáng)的特點(diǎn)，有利于提高了本系統(tǒng)的實(shí)用性，有利于工業(yè)和生活上的廣泛應(yīng)用。為了更好地理解和實(shí)施，下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。附圖說明圖1是本發(fā)明基于可見光的室內(nèi)定位方法的方法流程圖；圖2是本發(fā)明中第一橫向坐標(biāo)值xa和第二個縱向坐標(biāo)值ya的計(jì)算圖形示意圖；圖3是本發(fā)明中第二橫向坐標(biāo)值xb和第二個縱向坐標(biāo)值yb的計(jì)算圖形示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)被測位置的定位測試移動軌跡圖；圖5是被測位置的實(shí)際變化移動軌跡圖；圖6是本發(fā)明對若干信標(biāo)LED光源進(jìn)行分區(qū)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是被測黑點(diǎn)在若干信標(biāo)LED光源中的位置示意圖；圖8是本發(fā)明的LED驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式本發(fā)明提供了一種基于可見光的室內(nèi)定位方法，包括以下步驟：S1：建立電壓采樣值與其對應(yīng)的實(shí)際投影距離之間的函數(shù)表達(dá)式；S2：預(yù)設(shè)并記錄當(dāng)前室內(nèi)每個信標(biāo)LED光源的坐標(biāo)信息和編碼信息；在本實(shí)施例中，所述編碼信息包括編碼數(shù)據(jù)和調(diào)制頻率；S3：接收由與被測位置相鄰的4個信標(biāo)LED光源發(fā)送的編碼信息，分別對4個編碼信息進(jìn)行解碼，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的坐標(biāo)信息和相應(yīng)的電壓采樣值；S4：根據(jù)轉(zhuǎn)化后的電壓采樣值和所述函數(shù)表達(dá)式，分別計(jì)算得到被測位置和與其相鄰的4個信標(biāo)LED光源之間的投影距離；S5：根據(jù)計(jì)算得到的4個投影距離和與被測位置相鄰的4個信標(biāo)LED光源的坐標(biāo)信息計(jì)算得到被測位置的坐標(biāo)。進(jìn)一步，所述步驟S1：建立電壓采樣值與其對應(yīng)的實(shí)際投影距離之間的函數(shù)表達(dá)式，包括以下步驟：S11：記錄被測位置在不同位置上到信標(biāo)LED光源的多個實(shí)際投影距離；S12：于不同位置上的被測位置處分別接收信標(biāo)LED光源發(fā)送的光信號，并轉(zhuǎn)換成分別對應(yīng)于不同位置的多個電壓采樣值：S13：根據(jù)所述多個實(shí)際投影距離和分別與多個實(shí)際投影距離一一對應(yīng)的多個電壓采樣值建立樣本庫；S14：對樣本庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并剔除異常數(shù)據(jù)，生成取樣庫；在本發(fā)明中，所述異常數(shù)據(jù)是指嚴(yán)重偏離擬合函數(shù)曲線的數(shù)據(jù)。也即，對樣本庫進(jìn)行處理得到樣本庫中所有數(shù)據(jù)擬合形成相應(yīng)的函數(shù)曲線后，剔除嚴(yán)重偏離該函數(shù)曲線的點(diǎn)。S15：根據(jù)取樣庫中的多個電壓采樣值和與其對應(yīng)的實(shí)際投影距離擬合生成相應(yīng)的函數(shù)表達(dá)式，該函數(shù)表達(dá)式中，電壓采樣值是自變量，實(shí)際投影距離是因變量；在本實(shí)施例中，利用matlab對處理好的電壓采樣值和其對應(yīng)的投影距離進(jìn)行擬合出相應(yīng)的函數(shù)表達(dá)式。S16：于所述函數(shù)表達(dá)式中依次代入所述多個電壓采樣值，并依次得到與所述多個電壓采樣值一一對應(yīng)的多個結(jié)果投影距離；S17：比較所述多個結(jié)果投影距離與其對應(yīng)的實(shí)際投影距離的大小，得到比較結(jié)果；并根據(jù)比較結(jié)果對所述函數(shù)表達(dá)式進(jìn)行修整，得到優(yōu)化后的電壓采樣值和與其對應(yīng)的實(shí)際投影距離之間的函數(shù)表達(dá)式；由此通過與實(shí)際結(jié)果進(jìn)行比較得出擬合度和運(yùn)算深度較為合適的函數(shù)表達(dá)式；S18：根據(jù)所述步驟S11～S17得到被測位置與每個信標(biāo)LED光源的電壓采樣值和對應(yīng)的距離之間優(yōu)化后的函數(shù)表達(dá)式。進(jìn)一步，所述步驟S17和S18中，所述函數(shù)表達(dá)式表示的是被測位置和與其相鄰的4個信標(biāo)LED光源之間的電壓采樣值和對應(yīng)的距離關(guān)系，該函數(shù)表達(dá)式包括：其中，d1、d2、d3、d4分別代表被測位置到與其相鄰的4個信標(biāo)LED光源在地面上的投影距離；U1、U2、U3、U4分別表示被測位置與四個信標(biāo)LED光源的投影距離對應(yīng)的已經(jīng)處理的ADC電壓采樣值。進(jìn)一步，所述步驟S4：根據(jù)轉(zhuǎn)化后的電壓采樣值和所述函數(shù)表達(dá)式，分別計(jì)算得到被測位置和與其相鄰的4個信標(biāo)LED光源之間的投影距離，是通過將轉(zhuǎn)化后的4個ADC電壓采樣值U1、U2、U3、U4分別代入與其對應(yīng)的函數(shù)表達(dá)式中，分別求得被測位置和與其相鄰的4個信標(biāo)LED光源之間的投影距離d1、d2、d3、d4。進(jìn)一步，所述步驟S5：根據(jù)計(jì)算得到的4個投影距離和與被測位置相鄰的4個信標(biāo)LED光源的坐標(biāo)信息計(jì)算得到被測位置的坐標(biāo)，包括以下步驟：S51：設(shè)定被測位置的坐標(biāo)為(x’，y’)；S52：以被測位置、與被測位置相鄰的4個信標(biāo)LED光源中的其中兩信標(biāo)LED光源為頂點(diǎn)形成一第一三角形；S53：根據(jù)第一三角形中的兩信標(biāo)LED光源的坐標(biāo)信息、及根據(jù)被測位置與第一三角形中的兩信標(biāo)LED光源之間的投影距離，通過余弦定理求得第一三角形中以任一信標(biāo)LED光源為頂點(diǎn)的夾角的余弦值，得到第一余弦值；S54：根據(jù)所述第一余弦值求出被測位置的第一個橫向坐標(biāo)值xa，并根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系求出被測位置的第一個縱向坐標(biāo)值ya；S55：根據(jù)步驟S52～S54求得由被測位置、與被測位置相鄰的4個信標(biāo)LED光源中的另外兩信標(biāo)LED光源為頂點(diǎn)形成的第二三角形中以任一信標(biāo)LED光源為頂點(diǎn)的夾角的余弦值，得到第二余弦值；S56：根據(jù)所述第二余弦值求出被測位置的第二橫向坐標(biāo)值xb，并根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系求出被測位置的第二個縱向坐標(biāo)值yb；S57：根據(jù)公式求出被測位置的坐標(biāo)(x’，y’)。本實(shí)施例中，xa與xb，ya與yb沒有絕對的大小關(guān)系，即x’和y’可以是0，正數(shù)，負(fù)數(shù)。具體地，所述步驟S52～S54的實(shí)際計(jì)算過程為：請參閱圖2，假設(shè)與被測位置相鄰的4個信標(biāo)LED光源所在的位置分別為A(x1，y1)，B(x2，y2)，C(x3，y3)和D(x4，y4)，由于E到A、B、C和D點(diǎn)的投影距離都知道，也即，圖2中的BE和DE的長度都為已知，且BD的長度可由B和D點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算得知。則利用其中一三角形BDE求出xa和ya：1)利用余弦定理求出cosb的大?。?)求出Be的距離大?。築e＝BE*cosB；3)求出第一個橫向坐標(biāo)值xa，xa＝Be-BD/2；4)利用三角函數(shù)關(guān)系求出第一個縱向坐標(biāo)值ya，ya＝±BE*sinb；請參閱圖3，同理，根據(jù)上述步驟S52～S54的實(shí)際計(jì)算過程。利用另一三角形ACE中的cosc和三角函數(shù)關(guān)系分別求出第二橫向坐標(biāo)值xb和第二個縱向坐標(biāo)值yb。由此，通過上述方法，本發(fā)明對被測位置的定位誤差限定在5cm內(nèi)，請參閱圖4和圖5，其中，圖4為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)被測位置的定位測試移動軌跡圖(可理解為接收端的位置變化定位測試軌跡圖)；圖5為被測位置的實(shí)際變化移動軌跡圖(可理解為接收端的實(shí)際位置變化移動軌跡圖)。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，本發(fā)明基于可見光的室內(nèi)定位方法還包括被測位置的坐標(biāo)優(yōu)化計(jì)算，其包括以下步驟：S61：優(yōu)化準(zhǔn)備步驟：S611：當(dāng)前室內(nèi)的多個信標(biāo)LED光源以陣列排布方式設(shè)置，且以4個相鄰的信標(biāo)LED光源為頂點(diǎn)形成一正方形區(qū)域，該正方形區(qū)域?yàn)橄嗤幋a區(qū)域，且每相鄰的兩相同編碼區(qū)域互不重疊相交；S612：對每一相同編碼區(qū)域中的4個信標(biāo)LED光源設(shè)定相同的編碼和互不相同的調(diào)制頻率，且所有相同編碼區(qū)域的編碼互不相同；S613：以任意相鄰的4個信標(biāo)LED光源為頂點(diǎn)形成一最小正方形區(qū)域，該最小正方形區(qū)域?yàn)橹行亩ㄎ粎^(qū)域；且每相鄰的兩中心定位區(qū)域相互重疊有兩個信標(biāo)LED光源；S614：預(yù)設(shè)并記錄每一中心定位區(qū)域的中心位置上的定位基點(diǎn)的坐標(biāo)信息和對應(yīng)的編碼，該定位基點(diǎn)的坐標(biāo)信息對應(yīng)的編碼為其對應(yīng)的中心定位區(qū)域中的4個信標(biāo)LED光源的中n位編碼按序依次排列形成的4n位編碼；及S62：優(yōu)化計(jì)算步驟：S621：根據(jù)對與被測位置相鄰的4個信標(biāo)LED光源發(fā)送的編碼信息進(jìn)行解碼，得到一4n位的解碼；S622：在所有定位基點(diǎn)的4n位編碼中查詢與所述4n位解碼一致的一4n為編碼，得到該4n位解碼對應(yīng)的定位基點(diǎn)的坐標(biāo)(Xi,Yj)；S623：根據(jù)步驟S56中求出的被測位置的坐標(biāo)(x’，y’)，根據(jù)公式計(jì)算得到被測位置優(yōu)化后的位置坐標(biāo)(x，y)。在本實(shí)施例中，所有信標(biāo)LED光源中僅攜帶有4種調(diào)制頻率，且任意一中心定位區(qū)域中的4個信標(biāo)LED光源攜帶的調(diào)制頻率互不相同。為方便理解步驟S611～S623，以下舉例說明，請參閱圖6，圖6中的每個圓圈代表著一個信標(biāo)LED光源，圓圈中的數(shù)字代表著一個調(diào)制頻率，數(shù)字相同則表示調(diào)制頻率相同。圖6中以A、C、G、I為中心的附近的四個LED帶相同的編碼信息，也即，以A、C、G、I為中心的4個相鄰信標(biāo)LED之間形成的區(qū)域?yàn)樗鱿嗤幋a區(qū)域。這樣的布局拓?fù)溥_(dá)到了以下有益效果：第一，任意相鄰并組成正方形四個LED都具有不同的調(diào)制頻率。第二，相同調(diào)制頻率的LED都不相鄰，減少了干擾。請參閱圖7，對每個由任意相鄰的4個信標(biāo)LED光源組成的正方形區(qū)域中心坐標(biāo)進(jìn)行編碼，每個編碼對應(yīng)特定的坐標(biāo)信息，也即每個定位基點(diǎn)A、B、C、D、E、F、G、H、I對應(yīng)特定的坐標(biāo)信息。而且在被測位置上的接收端接收到的信號大部分來自離它最近的4個信標(biāo)LED光源，而這4個信標(biāo)LED恰光源好組成正方形區(qū)域，也即所述中心定位區(qū)域。每個LED可以攜帶n位編碼，則4個LED有4n位編碼，4n位二進(jìn)制編碼有24n種組合結(jié)果。以下，具體說明圖7中的定位基點(diǎn)E右上角處的黑點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算過程，設(shè)n＝2。第一步：解碼，確定被測位置所在的相同編碼區(qū)域中E點(diǎn)的坐標(biāo)表1解碼對應(yīng)表頻率1頻率2頻率3頻率4對應(yīng)字母對應(yīng)區(qū)域中心坐標(biāo)00000000A(-200，0)01000100B(-100，0)01010101C(0，0)10100000D(-200，-100)11100100E(-100，-100)10101010F(0，-100)11101110H(-100，-200)11111111I(0，-200)根據(jù)解碼對應(yīng)表解碼可得到解碼信號11100100，則可知被測位置(也即接收端所在的位置)在E區(qū)域內(nèi)，對應(yīng)區(qū)域中心坐標(biāo)為(-100，-100)。第二步：利用本發(fā)明中改良后的三角法計(jì)算出黑點(diǎn)在E區(qū)域的位置(xe,ye)，計(jì)算過程中先令E區(qū)域中心坐標(biāo)為(0，0)。第三步：計(jì)算黑點(diǎn)具體位置(x，y)，這時E區(qū)域中心坐標(biāo)是(-100，-100)，根據(jù)計(jì)算公式：即可精確確定黑點(diǎn)的具體位置坐標(biāo)。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種與上述基于可見光的室內(nèi)定位方法對應(yīng)的基于可見光的室內(nèi)定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括函數(shù)模擬模塊、發(fā)送模塊、接收模塊和處理模塊。所述函數(shù)模擬模塊用于建立電壓采樣值與其對應(yīng)的實(shí)際投影距離之間的函數(shù)表達(dá)式，并保存至所述處理模塊；所述發(fā)送模塊為信標(biāo)LED光源發(fā)射模塊，用于發(fā)送編碼信息和調(diào)制頻率至所述接收模塊；所述接收模塊用于接收由所述發(fā)送模塊發(fā)送的編碼信息和調(diào)制頻率，并傳送至所述處理模塊；所述處理模塊包括：記錄子模塊，用于預(yù)設(shè)并記錄當(dāng)前室內(nèi)信標(biāo)LED光源發(fā)射模塊中的每個信標(biāo)LED光源的坐標(biāo)信息、編碼信息和調(diào)制頻率；解碼子模塊，用于對接收模塊傳送的編碼信息進(jìn)行解碼，輸出解碼信息；解調(diào)子模塊，用于對接收模塊傳送的調(diào)制頻率進(jìn)行解調(diào)，轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的電壓采樣值；以及處理子模塊，用于根據(jù)由解碼子模塊得到解碼信息處理得到相應(yīng)的坐標(biāo)信息，根據(jù)由解調(diào)子模塊轉(zhuǎn)化得到的電壓采樣值和所述函數(shù)表達(dá)式計(jì)算得到被測位置與其相鄰的4個信標(biāo)LED光源之間的投影距離，并根據(jù)計(jì)算得到的4個投影距離和由記錄子模塊記錄的與被測位置相鄰的4個信標(biāo)LED光源的坐標(biāo)信息計(jì)算得到被測位置的坐標(biāo)。具體地，所述信標(biāo)LED光源發(fā)射模塊包括N個信標(biāo)LED光源、LED驅(qū)動電路、頻率發(fā)生器、基帶調(diào)制器和穩(wěn)壓電路。所述N個信標(biāo)LED光源，用于以光的形式發(fā)射編碼信號，N為4的整數(shù)倍；請參閱圖8，所述LED驅(qū)動電路，用于驅(qū)動所述N個信標(biāo)LED光源。在本實(shí)施例中，所述LED驅(qū)動電路為恒流源驅(qū)動電路，如圖8所示，且圖8中的R1、R2決定LED直流偏置電壓，R1、R4為大功率電阻，起限流作用。所述頻率發(fā)生器，用于產(chǎn)生4種不同的調(diào)制頻率信號；在本實(shí)施例中，所述頻率發(fā)生器為正弦波發(fā)生器，其采用了四個ICL8038器件和四個運(yùn)放TL082器件產(chǎn)生四個不同頻率的正弦波，并實(shí)現(xiàn)頻率和信號幅度可調(diào)。所述基帶調(diào)制器，用于對所述4種不用的調(diào)制頻率信號進(jìn)行通斷調(diào)制和脈沖編碼，形成N個編碼信號，N個編碼信號中有N/4種不同的編碼；在本實(shí)施例中，所述基帶調(diào)制器為單片機(jī)STC60S2，由此可以靈活改變編碼內(nèi)容。所述穩(wěn)壓電路，用于接收由基帶調(diào)制器傳送的N個編碼信號，并發(fā)送至LED驅(qū)動電路，由LED驅(qū)動電路驅(qū)動N個信標(biāo)LED光源發(fā)出攜帶有編碼信號的光信號。通過上述對N個信標(biāo)LED光源、LED驅(qū)動電路、頻率發(fā)生器、基帶調(diào)制器和穩(wěn)壓電路的限定，可得到信標(biāo)LED光源發(fā)射模塊相應(yīng)的電路圖，故在此不再贅述。具體地，所述接收模塊包括硅光電二極管和跨阻放大器；所述硅光電二極管接收由信標(biāo)LED發(fā)送的光信號，并轉(zhuǎn)化為電流信號，再經(jīng)跨阻放大器將所述電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號。具體地，所述解碼子模塊包括信號分離器、AD轉(zhuǎn)換器和基帶解調(diào)器；所述信號分離器對所述電壓信號進(jìn)行分離處理得到4個不同頻率的電壓信號；所述AD轉(zhuǎn)換器對由所述信號分離器處理得到的4個電壓信號進(jìn)行處理，得到4個相應(yīng)的電壓值，并輸送至一檢波電路；所述基帶解調(diào)器對檢波電路輸出的4個電壓值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，生成可被處理子模塊識別的4個電平信號。所述處理模塊對所述4個電平信號進(jìn)行處理，得到相應(yīng)的解碼信息和電壓采樣值。在本實(shí)施例中，AD轉(zhuǎn)換器采用STM32103內(nèi)置的AD模塊，它是12位的高精度AD轉(zhuǎn)換器，所以采樣值理論上是0到4095。在本實(shí)施例中，所述信號分離器為窄帶帶通有源濾波器。進(jìn)一步，通過實(shí)驗(yàn)，由頻譜儀觀察ICL8038輸出58.5kHz頻率時的頻譜特性圖可知，ICL8038存在震蕩頻率整數(shù)倍的雜散頻率，而這些不需要的雜散頻率會對定位精度造成較大的影響，為解決上述問題，作為一種更優(yōu)的技術(shù)方案，本發(fā)明將每個震蕩電路的地線用磁珠做隔離，由此避免震蕩電路的震蕩頻率通過地線對其它震蕩電路造成串?dāng)_。且，本發(fā)明還選用紋波系數(shù)更小的穩(wěn)壓電源，由于震蕩器的震蕩頻率由調(diào)頻電阻和調(diào)幅電阻分出的電壓Vcon決定，而電壓Vcon的穩(wěn)定性由電源電壓決定。另外，本發(fā)明選擇的4個頻率參數(shù)上避免在整數(shù)倍上重疊，并考慮到接收端的信號分離器性能上的限制，所以頻率的選擇范圍優(yōu)選在50kHz至250kHz，而且4個頻率的間隔設(shè)定在30kHz以上。最后結(jié)合信號分離器實(shí)際分離條件得出表2。表2震蕩頻譜及增益系數(shù)選擇表震蕩頻率(kHz)二倍頻(kHz)三倍頻(kHz)增益系數(shù)震蕩電路158.5117.0175.51.00震蕩電路297.0194.0291.01.20震蕩電路3138.5277.0415.51.11震蕩電路4210.0420.0630.01.31因此，通過表2可知，每個震蕩電路的震蕩頻率都與其它振蕩電路的二倍、三倍頻有15kHz以上的距離，有利于避免了相互的干擾和造成震蕩頻率的不穩(wěn)定的問題發(fā)生。進(jìn)一步，由于阻容元件的存在和電路板的寄生參數(shù)的存在，實(shí)際的電路參數(shù)與理論值存在誤差。為解決上述問題，作為一種更優(yōu)的技術(shù)方案，本發(fā)明還根據(jù)測出每一路濾波器的實(shí)際中心頻率和增益，對發(fā)送模塊的載波頻率和增益進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，調(diào)整結(jié)果如表3所示。表3濾波器的實(shí)際中心頻率和增益與理論值對比表本發(fā)明中，震蕩電路與濾波器相當(dāng)于串聯(lián)連接，由控制工程理論可知，系統(tǒng)的總增益為二者的乘積，為了每路信號增益相同，所以必須調(diào)整發(fā)送模塊的增益系數(shù)。在本實(shí)施例中，令振蕩電路1的增益系數(shù)為1，所以系統(tǒng)的總增益為10.2，再以10.2算出其它震蕩電路的增益系數(shù)。計(jì)算結(jié)果分別為，震蕩電路2的增益系數(shù)為1.02，震蕩電路3的增益系數(shù)為1.11,震蕩電路4的增益系數(shù)為1.31。這樣能夠保證每路的總增益都為10.2。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明基于可見光的室內(nèi)定位方法及系統(tǒng)達(dá)到了以下有益的技術(shù)效果：(1)有效地提高定位精度，成本低，方便且容易推廣，具有可擴(kuò)展性和可移植性，功能穩(wěn)定且功耗低。(2)通過利用“大區(qū)域編碼，小區(qū)域分頻”的方式，也即，確認(rèn)相同編碼區(qū)域(也即大區(qū)域)位置：首先對每個相同編碼區(qū)域進(jìn)行編碼，并使每個編碼代表著相同編碼區(qū)域的中心原點(diǎn)坐標(biāo)，也即每個編碼代表著每個定位基點(diǎn)的坐標(biāo)信息，由此即可通過分離、解調(diào)、解碼得出被測位置所在的大致位置。然后，結(jié)合中心定位區(qū)域(也即小區(qū)域)位置：先用RSSI直接法測出被測位置到4個信標(biāo)LED光源的投影距離，然后利用被測位置到最近的4個信標(biāo)LED的距離配合改良后的三角定位算法算出被測位置在中心定位區(qū)域的位置坐標(biāo)。最后將被測位置在中心定位區(qū)域的坐標(biāo)加上相同編碼區(qū)域中的定位基點(diǎn)的坐標(biāo)就可以優(yōu)化并準(zhǔn)確地確定被測位置的最終位置坐標(biāo)。進(jìn)一步提高定位精度。(3)另外，通過本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)合外部PC端的程序該可以實(shí)現(xiàn)將被測位置的定位坐標(biāo)結(jié)果可視化。且本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，發(fā)送模塊具有靈活擴(kuò)展的特性，方便安裝和布局。接收模塊和處理模塊具有便攜、小巧、移植性強(qiáng)的特點(diǎn)，有利于提高了本系統(tǒng)的實(shí)用性，有利于工業(yè)和生活上的廣泛應(yīng)用。本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施方式，如果對本發(fā)明的各種改動或變形不脫離本發(fā)明的精神和范圍，倘若這些改動和變形屬于本發(fā)明的權(quán)利要求和等同技術(shù)范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變形。當(dāng)前第1頁1 2 3