殼45上一點(diǎn)P (X1, Y1, Z1)，坐標(biāo)為（xQ+r*sin ( Θ ) *sin (ω)，yQ+r*sin ( Θ ) *cos (ω)，Z(|-r*cos ( Θ ))，還可以確定光源 2 點(diǎn) C 連接接收端 7B 的 直線，該直線經(jīng)過旋轉(zhuǎn)外殼4上一點(diǎn)Q(x3, y3, z3)，其中r為旋轉(zhuǎn)外殼4的已知半徑。
[0056] 已知空間中兩點(diǎn)，可建立直線AB的方程L1:
[0057] 直線CB的方程L2
[0058] 聯(lián)合方程LdP L 2，根據(jù)最小二乘法計(jì)算出接收端7B的坐標(biāo)。
[0059] 可以理解，在實(shí)際進(jìn)行定位時(shí)，需要確定一坐標(biāo)系，再確定初始方向，定位坐標(biāo)亦 是在該坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。如圖4和圖6,通常，將定位裝置的底座1固定在室內(nèi)天花板上，底 座1不能旋轉(zhuǎn)，光源2向下照射覆蓋室內(nèi)空間，旋轉(zhuǎn)外殼4繞其轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸自光源2點(diǎn) 起，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)外殼4的頂點(diǎn)且垂直于地面。在三維室內(nèi)空間中，以室內(nèi)地面上一墻角點(diǎn)為原 點(diǎn)〇(〇, 〇, 〇)建立右手直角坐標(biāo)系，使X、Y軸與地面上的兩條互相垂直的墻角邊重合，使Z 軸垂直于X、Y軸，且與垂直指向屋頂?shù)膲沁呏睾?，即XOY平面與水平地面重合，Z軸垂直 指向屋頂。設(shè)置旋轉(zhuǎn)外殼4的初始方向與Y軸方向平行，且指向Y軸正方向。即，當(dāng)擋光片 31穿過光耦合器11時(shí)，結(jié)束位的末端所指方向?yàn)閅軸正方向。光源2坐標(biāo)（Xtl, y(l，Ztl)已 知。
[0060] 進(jìn)一步參考圖7,接收端7可以包括一光傳感器71，其安裝在一個(gè)小電路板72上， 在該電路板72上還設(shè)有處理器73和無線傳輸模塊74等?；蛘呤褂镁哂泄鈧鞲衅鞯囊苿?dòng) 設(shè)備作為信號(hào)接收端。
[0061] 在本發(fā)明實(shí)施例中，由于接收端7收到的數(shù)據(jù)中混合了環(huán)境干擾頻率、旋轉(zhuǎn)外殼4 旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的多個(gè)頻率分量以及其他干擾頻率等，因此需要通過以下方式進(jìn)行處理。首先 數(shù)據(jù)通過一個(gè)帶通濾波器，將小于光源2可用最低頻率的信號(hào)和大于光源2可用最高頻率 的信號(hào)濾除（在本實(shí)施方案中，濾除小于20hz和大于350hz的信號(hào)），然后將濾波后的數(shù)據(jù) 進(jìn)行時(shí)頻變換，如小波時(shí)頻變換、短時(shí)傅里葉時(shí)頻變換（STFT)等（在本實(shí)施方案中，使用小 波時(shí)頻變換），最后從時(shí)頻變換結(jié)果系數(shù)中提取出外殼圈編碼信息，包括圈號(hào)編碼、結(jié)束位 編碼以及光源22頻率跳變點(diǎn)等。
[0062] 本發(fā)明實(shí)施例提供的定位裝置，通過設(shè)置特殊結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)外殼，并設(shè)計(jì)光源頻率 的跳變規(guī)律，通過一個(gè)信號(hào)接收端感應(yīng)光信號(hào)，即可計(jì)算出室內(nèi)空間某點(diǎn)的坐標(biāo)，裝置結(jié)構(gòu) 簡潔而定位方法新穎、準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好，不需耗費(fèi)大量人力物力采集指紋等數(shù)據(jù)，不需設(shè)置 大量參考點(diǎn)，不易受外界環(huán)境影響，精度高且穩(wěn)定性好，成本低，適用于室內(nèi)高精度定位。
[0063] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種室內(nèi)定位裝置，其特征在于，包括底座、設(shè)于所述底座上的光源、旋轉(zhuǎn)件、設(shè)置于 所述旋轉(zhuǎn)件上的旋轉(zhuǎn)外殼，以及控制器； 所述旋轉(zhuǎn)外殼為半球面狀的殼體或者是由多個(gè)小平面或環(huán)形面拼接形成的外切于一 個(gè)半球面的殼體；所述光源的發(fā)光點(diǎn)位于所述半球面的球心處； 所述旋轉(zhuǎn)外殼劃分為多個(gè)平行于煒線的編碼圈，每個(gè)編碼圈在經(jīng)度方向相對(duì)光源的角 度a已知；每個(gè)編碼圈劃分為多個(gè)編碼位，所述編碼位在煒度方向相對(duì)該編碼圈的中心點(diǎn) 的角度0為360/N度，其中N為一個(gè)編碼圈中的編碼位的數(shù)量，不同編碼圈的編碼位排布 方式不同； 在每個(gè)編碼圈中，若干個(gè)編碼位為透光狀態(tài)，且不存在連續(xù)兩個(gè)或多個(gè)非透光的編碼 位，若干個(gè)特定方式排布的編碼位構(gòu)成該編碼圈的起始位及結(jié)束位； 每個(gè)編碼圈中包括一個(gè)與其他編碼位形狀不同的特殊編碼位，所述特殊編碼位的寬度 在經(jīng)度方向具有預(yù)設(shè)的變化規(guī)律； 所述底座還設(shè)有具有卡槽的光耦合器，所述旋轉(zhuǎn)件面對(duì)所述底座的一側(cè)設(shè)有擋光片， 所述旋轉(zhuǎn)件帶動(dòng)所述擋光片每穿過卡槽一次，所述控制器控制所述光源發(fā)生一次頻率跳 變； 所述室內(nèi)定位裝置還包括接收端，用于放置在待定位點(diǎn)感應(yīng)光信號(hào)并檢測頻率跳變 點(diǎn)，并根據(jù)所述光信號(hào)和頻率跳變點(diǎn)進(jìn)行定位。2. 如權(quán)利要求1所述的室內(nèi)定位裝置，其特征在于，所述特殊編碼位的兩側(cè)邊緣不與 經(jīng)線平行或重合，整體呈三角形或梯形，不同編碼圈的特殊編碼位處于同一經(jīng)度。3. 如權(quán)利要求1所述的室內(nèi)定位裝置，其特征在于，所述起始位及結(jié)束位為連續(xù)多個(gè) 透光狀態(tài)的編碼位。4. 如權(quán)利要求3所述的室內(nèi)定位裝置，其特征在于，每個(gè)編碼圈中的起始位及結(jié)束位 所含有的編碼位數(shù)目相同，且位置相同。5. 如權(quán)利要求1所述的室內(nèi)定位裝置，其特征在于，所述光源的工作頻率為第一頻率 和第二頻率，當(dāng)所述擋光片穿過卡槽時(shí)，如果所述光源的頻率為第一頻率，則由所述控制器 控制光源跳變?yōu)榈诙l率，如果所述光源的頻率為第二頻率，則由所述控制器控制光源在 所述旋轉(zhuǎn)外殼繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)編碼位后跳變?yōu)榈谝活l率。6. 如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的室內(nèi)定位裝置，其特征在于，每個(gè)編碼圈在經(jīng)度方向 的角度都相等，每個(gè)編碼位在煒度方向的角度都相等。7. -種室內(nèi)定位裝置的室內(nèi)定位方法，其特征在于，包括下述步驟： 驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)外殼進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，使所述旋轉(zhuǎn)外殼由光源投影至待定位點(diǎn)所在水平面的投影光 圈也隨之旋轉(zhuǎn)； 由位于待定位點(diǎn)的接收端感應(yīng)光信號(hào)，根據(jù)所述光信號(hào)確定其所在的投影光圈，進(jìn)而 確定該投影光圈的內(nèi)沿與光源之間的連線和所述旋轉(zhuǎn)外殼的轉(zhuǎn)軸之間的角度0r*a， 其中，r為待定位點(diǎn)所在投影光圈的內(nèi)側(cè)的投影光圈數(shù)目； 根據(jù)接收端感應(yīng)到的特殊編碼位的寬度確定待定位點(diǎn)與其所在投影光圈的內(nèi)沿相 對(duì)光源的夾角△ 0%進(jìn)而確定待定位點(diǎn)和光源之間的連線與所述轉(zhuǎn)軸之間的角度0 = 0 r+A 0r； 定義擋光片穿過卡槽時(shí)，所述起始位及結(jié)束位的末端在水平面上的投影所指的方向?yàn)? 初始方向，由所述接收端檢測光源的頻率跳變點(diǎn)及所述起始位及結(jié)束位的末端，確定所述 待定位點(diǎn)所在的編碼位投影的前沿與所述初始方向的夾角 根據(jù)接收端檢測到頻率跳變點(diǎn)之后連續(xù)采集的透光編碼位數(shù)據(jù)確定發(fā)生頻率跳變時(shí) 待定位點(diǎn)與其所在編碼位投影的前沿相對(duì)投影光圈中心的夾角進(jìn)而確定待定位點(diǎn) 與所述初始方向之間的角度《 =Wlr+AOlr; 根據(jù)所述角度0和角度《確定待定位點(diǎn)的位置。8. 如權(quán)利要求7所述的室內(nèi)定位方法，其特征在于，當(dāng)頻率跳變發(fā)生在擋光片穿過卡 槽時(shí)，Olr= (n-l)*0，n為在接收端檢測到頻率跳變點(diǎn)以及結(jié)束位的末端這段時(shí)間內(nèi)，旋 轉(zhuǎn)外殼轉(zhuǎn)過的編碼位數(shù)目，其中包括待定位點(diǎn)自身所在的編碼位；當(dāng)頻率跳變發(fā)生在擋光 片穿過卡槽并繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)編碼位時(shí)，Wlr=n*0。9. 如權(quán)利要求7所述的室內(nèi)定位方法，其特征在于，當(dāng)所述光源到待定位點(diǎn)的垂直高 度H已知，且所述光源的坐標(biāo)（X(l，yci，Ztl)已知時(shí)，所述待定位點(diǎn)的坐標(biāo)為： (x0+H*tan( 9 )*sin(?)，y0+H*tan( 9 )*cos(?)，Ztl-H); 當(dāng)所述光源到待定位點(diǎn)的垂直高度未知，且所述光源的坐標(biāo)已知時(shí)，采用兩 個(gè)所述室內(nèi)定位裝置，且兩個(gè)光源的照射面具有相交區(qū)域，待定位點(diǎn)處于該相交區(qū)域，所述 待定位點(diǎn)的坐標(biāo)由兩個(gè)已知的光源坐標(biāo)和所述夾角0和夾角《確定。10. 如權(quán)利要求7所述的室內(nèi)定位方法，其特征在于，設(shè)定光源在第一頻率和第二頻率 下工作，當(dāng)擋光片穿過所述卡槽時(shí)，若光源頻率為第一頻率，則控制其跳變?yōu)榈诙l率，若 光源頻率為第二頻率，則控制光源在旋轉(zhuǎn)外殼繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)編碼位后跳變?yōu)榈谝活l率。
【專利摘要】本發(fā)明適用于定位技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種室內(nèi)定位裝置，包括底座、光源、旋轉(zhuǎn)件、旋轉(zhuǎn)外殼及控制器；旋轉(zhuǎn)外殼劃分為多個(gè)編碼圈，每個(gè)編碼圈劃分為多個(gè)編碼位，編碼位在緯度方向的角度為360/N度，不同編碼圈的編碼位排布方式不同；編碼圈中若干個(gè)編碼位為透光狀態(tài)，不存在連續(xù)兩個(gè)以上非透光編碼位，若干個(gè)特定方式排布的編碼位構(gòu)成起始位及結(jié)束位；每個(gè)編碼圈中包括一個(gè)特殊編碼位；底座還設(shè)有光耦合器，旋轉(zhuǎn)件面對(duì)底座的一側(cè)設(shè)有擋光片，旋轉(zhuǎn)件帶動(dòng)擋光片每穿過卡槽一次，光源發(fā)生一次頻率跳變。本發(fā)明通過特殊的旋轉(zhuǎn)外殼及跳變光源，結(jié)合接收端感應(yīng)光信號(hào)實(shí)現(xiàn)定位，結(jié)構(gòu)簡潔而定位方法新穎、準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、成本低，適于室內(nèi)高精度定位。
【IPC分類】G01S1/70
【公開號(hào)】CN104914407
【申請?zhí)枴緾N201510259750
【發(fā)明人】謝波, 譚光, 肖鐘凱, 毛成華
【申請人】中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年5月20日