引用本文:

王群,马玲芳. 基于双PD接收机的高精度室内可见光定位算法[J]. 光通信技术,2021,45(12):29-33.

基于双PD接收机的高精度室内可见光定位算法

王 群,马玲芳*

(江苏第二师范学院 物理与电子工程学院,南京211200)

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摘要:为解决常见的基于到达时间差(TDOA)的通信系统中发射机与接收机之间需要时钟同步的问题,提出了一种基于双光电检测器(PD)接收机的高精度室内可见光定位算法。算法使用3个能发射不同频率信号的发光二极管(LED)和1个带有2个PD的接收机,并充分考虑到了接收机的尺寸因素,利用接收信号到达的时间差来确定接收机在室内的三维位置信息。仿真结果表明:该算法可以确定接收机的水平坐标和高度信息,定位误差为11 cm左右,适用于绝大多数室内基于位置信息的服务。

关键词:室内定位;可见光;到达时间差;光电探测器

中图分类号:TN929.12 文献标志码:文章编号:1002-5561(2021)12-0029-05

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2021.12.008

0 引言
     通信技术的不断发展改变了人们的生活习惯,日新月异的智能设备(智能手机、智能眼镜、智能手表和智能机器人等)越来越多地出现在人们的居家生活中。智能设备可以为人类提供各种各样的服务,但准确地获取位置信息是其提供精准服务的基础。全球定位系统(GPS)是当前应用最广泛的定位技术,但GPS很难应用于室内环境。与Wi-Fi或蓝牙等基于射频(RF)的室内定位方法相比,使用可见光通信进行室内定位在定位精度、对射频干扰的鲁棒性和建设成本等方面具有一定的优势,更适合于零售导航和货架级广告等许多室内基于位置信息的服务[1-2]。
  在可见光定位(VLP)技术[3-7]中,已有许多关于多光电检测器(PD)接收机的VLP系统研究。YASIR M等人[6]提出基于接收信号强度(RSS)的定位算法,通过3个LED发射机和4个PD接收机,实现了精度为60 mm的三维定位。YANG S等人[8]采用了1个发射机和具有3个PD的接收机,通过基于信号强度指示(RSSI)的定位方法实现了对接收机的定位。WANG L等人[9]提出了基于接收信号强度比值(RSSR)的定位方法,使用1个发射机和定向的PD阵列来进行定位。但是,到目前为止,还没有将到达时间差(TDOA)运用到多PD接收机定位系统中的案例。原始的TDOA是在到达时间(TOA)基础上的改进[10],它利用信号传输时间差作为定位参量,避免了发射机和接收机之间必须严格同步的需求。但是,这种TDOA要求各发射机之间保证同步,其系统复杂度较高。为解决该问题,本文通过增加VLP系统中接收机上的PD数量,利用同一发射机与接收机上不同PD之间的时间差来进行定位。

4 结束语
       本文提出了一种基于双PD接收机的高精度室内定位算法,该算法利用3个LED和具有2个PD的接收机,结合接收机的尺寸大小,通过检测LED到接收机上的2个PD之间的传输距离差来进行定位。由于该传输距离差是根据同一发射机的发射信号到接收机2个PD间的传输相位差得来的,因此该算法不需要发射机与接收机或发射机之间的严格同步。本文从理论上对该算法进行了分析,并通过仿真进行了验证。仿真结果表明:该算法在5 m×5 m×3 m的房间中的最大定位误差在11 cm左右,适用于各种基于室内位置信息的服务,如智能手机导航、机器人巡线和仓库中的物流管理等。