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专利号: 2013103254950
申请人: 中国科学院深圳先进技术研究院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2024-12-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于光强度的多传感器室内定位装置,包括:光传感器组、磁传感器组、点光源、数据处理模块以及存储模块,其中,所述光传感器组包括N个光传感器,N≥6,所述光传感器组呈棱台形,所述N个光传感器设于所述棱台的外表面,在室内任何位置至少三个所述光传感器能采集到所述点光源的光信号数据;

所述存储模块存储所述点光源的坐标值以及所述N个光传感器传感平面的初始单位法向量值;

所述磁传感器组获取当前航向角;

所述数据处理模块根据所述光信号数据获取光强值,并根据所述航向角以及初始单位法向量值获取当前单位法向量值,再根据当前单位法向量值、光强值、点光源的坐标值以及光强模型建立包含至少三个方程的方程组,并求解所述方程组,获得所述光传感器组的坐标值,其中,所述方程由光强模型s=fd(d)fμ(μ)fω(ω)建立,s为光信号的光强值,距离 (x0、y0、z0)为点光源的坐标值,(x,y,z)为所述光传感器的位置坐标,fd(d)为光强值与距离d的关系函数,fμ(μ)、fω(ω)分别为光强值与角度μ、ω的关系函数,μ=arcsin(|A(x0-x)+B(y0-y)+C(z0-z)|/d),其中,(A,B,C)为所述光传感器传感平面的当前单位法向量值,ω=arccos((z0-z)/d);

用参数k表示所述光传感器垂直面对点光源中心距离点光源1m处测得的光强值,则所2

述fd(d)=k/d;

将所述光传感器置于中心光线上距离点光源d m处,所述角度μ初值设为90°,等角度偏转所述光传感器的传感平面,使中心光线进入所述光传感器的角度μ从垂直时的

90°等角度减小到0°,此时中心光线与所述光传感器的传感平面平行,每次偏转后测试光强值,得到所述光强与角度μ的关系函数fμ(μ);

将所述光传感器置于中心光线上距离点光源d m处,所述角度ω初值设为0°,等角度偏转所述点光源,使所述点光源发出的进入所述光传感器的光线与中心光线的角度ω从

0°增大到90°,每次偏转后测试光强值,得到所述光强与角度ω的关系函数fω(ω)。

2.根据权利要求1所述的基于光强度的多传感器室内定位装置,其特征在于,N=6,所述光传感器组呈五棱台形,所述六个光传感器分别设于所述五棱台的六个外表面。

3.根据权利要求1所述的基于光强度的多传感器室内定位装置,其特征在于,所述磁传感器组包括N个磁传感器,所述N个磁传感器围成一圈,所述磁传感器组获取磁力数据,所述数据处理模块对所述磁力数据进行校正并获取所述航向角。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的基于光强度的多传感器室内定位装置,其特征在于,所述点光源为可见光LED灯或红外线LED灯。

5.根据权利要求1至3任意一项所述的基于光强度的多传感器室内定位装置,其特征在于,所述数据处理模块去除干扰光信号,并根据当前单位法向量值、光强值、点光源的坐标值以及光强模型建立所述方程组。

6.一种基于光强度的多传感器室内定位方法,包括以下步骤:

S100、使用包括N个光传感器的光传感器组采集点光源的光信号数据,并根据所述光信号数据获取光强值,其中,N≥6;

S200、使用磁传感器组获取当前航向角;

S300、根据所述航向角以及光传感器传感平面初始单位法向量值获取当前单位法向量值;

S400、根据所述当前单位法向量值、光强值、点光源的坐标值以及光强模型建立包含至少三个方程的方程组,并求解所述方程组,获得所述光传感器组的坐标值,其中,所述方程由光强模型s=fd(d)fμ(μ)fω(ω)建立,s为光信号的光强值,距离(x0、y0、z0)为点光源的坐标值,(x,y,z)为所述光传感器的位置坐标,fd(d)为光强值与距离d的关系函数,fμ(μ)、fω(ω)分别为光强值与角度μ、ω的关系函数,μ=arcsin(|A(x0-x)+B(y0-y)+C(z0-z)|/d),其中,(A,B,C)为所述光传感器传感平面的当前单位法向量值,ω=arccos((z0-z)/d);

用参数k表示所述光传感器垂直面对点光源中心距离点光源1m处测得的光强值,则所述fd(d)=k/d2;

将所述光传感器置于中心光线上距离点光源d m处,所述角度μ初值设为90°,等角度偏转所述光传感器的传感平面,使中心光线进入所述光传感器的角度μ从垂直时的

90°等角度减小到0°,此时中心光线与所述光传感器的传感平面平行,每次偏转后测试光强值,得到所述光强与角度μ的关系函数fμ(μ);

将所述光传感器置于中心光线上距离点光源d m处,所述角度ω初值设为0°,等角度偏转所述点光源,使所述点光源发出的进入所述光传感器的光线与中心光线的角度ω从

0°增大到90°,每次偏转后测试光强值,得到所述光强与角度ω的关系函数fω(ω)。

7.根据权利要求6所述的基于光强度的多传感器室内定位方法,其特征在于,N=6,所述光传感器组呈五棱台形,所述六个光传感器分别设于所述五棱台的六个外表面。

8.根据权利要求6所述的基于光强度的多传感器室内定位方法,其特征在于,所述磁传感器组包括N个磁传感器,所述N个磁传感器围成一圈,对所述磁传感器采集的磁力数据进行校正并获取所述航向角。

9.根据权利要求6至8任意一项所述的基于光强度的多传感器室内定位方法,其特征在于,所述点光源为可见光LED灯或红外线LED灯。

10.根据权利要求6至8任意一项所述的基于光强度的多传感器室内定位方法,其特征在于,在步骤S400中,首先去除干扰光信号,再根据当前单位法向量值、光强值、点光源的坐标值以及光强模型建立所述方程组。