引用本文:

吕慧超,黄河清,陈工,等. 基于手机环境光传感器的室内可见光定位方法[J]. 光通信技术,2022,46(4):89-93.

基于手机环境光传感器的室内可见光定位方法

吕慧超*,黄河清,陈 工,刘小晗,王 媛,袁 柳

(中国电子科技集团公司 电子科学研究院,北京 100043)

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摘要:为了解决室内可见光定位中成像型定位能耗高、非成像型定位设备复杂的问题,提出一种基于手机环境光传感器的室内可见光定位方法。首先,利用频率折叠效应和光源标签识别算法,求解光源发送的信号原始频率。然后通过提前建立好的光源频率-坐标数据库获取光源位置,即得到设备位置。实验结果表明:该方法可在低功耗、低计算量的前提下,实现光源覆盖小区内部的光源识别与设备定位,定位精度取决于光源密度。

关键词:室内可见光定位;频率折叠;双频采样;环境光传感器;手机

中图分类号:TN914 文献标志码:文章编号:1002-5561(2022)04-0089-05

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2022.04.016

0 引言

  近年来,随着工业4.0与智慧物流的发展,室内定位的需求不断增加[1]。室内可见光定位技术[2]有以下优点:可直接利用室内已有的照明光源作为信号发射端[3],同时提供照明和室内定位服务,布设成本较低;以可见光信号为载体,不会产生射频波段的电磁波信号,因此不会与室内已有的无线通信信号产生干扰;可见光信号具有直线传播的特性,不会穿透墙壁,与利用射频信号的室内定位方法相比,可见光定位不会出现跨楼层和跨房间误定位的问题[4]。

  根据接收端采用的可见光探测器的不同,室内可见光定位方法可以分为非成像型和成像型2种[5-9]。非成像型可见光定位需要在接收端使用高速单元光电探测器[5-6,10],因此需要专用的接收模块,适用于某些专用的场合[6,11]。成像型可见光定位 [7-8,12]可利用智能终端(如手机)自带的成像探测器,不需要额外添加接收模块,适用于普通商用场合。但是,对于目前的成像型可见光定位方法,大多需要接收端同时采集到来自多个照明光源的信息,对光源在场景中的分布密度要求较高,并且需要智能终端的摄像头长时间开启,耗电量大且影响终端续航时间。而在许多室内定位的应用场景中,如商场、超市和车站等,用户对定位精度并不十分敏感,只重点关注定位的便利、节能等特性。因此,这2种定位方法均存在固有缺点,无法大规模应用。

    随着智能移动设备的发展,智能手机普及率越来越高,这为基于手机的室内可见光定位提供了巨大的应用潜力。但受器件成本影响,智能终端自带的环境光传感器模块采样率很低,按照奈奎斯特定理只能接收小于100 Hz的光信号,而光源若采用如此低频率的发射信号,人眼会感受到闪烁[13]。为解决此问题,本文提出一种适用于低采样率前置环境光传感器模块的定位方法。

4 结束语

     本文提出了一种基于手机环境光传感器的室内可见光定位方法,可直接利用智能终端的环境光传感器。与非成像型定位方法相比,该方法不需要额外附加定位模块,提高了设备的便携性;与成像型定位方法相比,该方法的接收端采集数据量少4个数量级,处理数据量更少,减少了计算能耗;与非成像型和成像型定位方法所用的传感器相比,该方法的能耗降低近3个数量级,有效减少了定位系统对智能终端续航的影响,可应用于商场、超市和车站等定位场景中。