一種基于可見(jiàn)光標(biāo)簽的室內(nèi)定位方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種基于可見(jiàn)光標(biāo)簽的室內(nèi)定位方法，屬于無(wú)線通信【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明方法基于可見(jiàn)光通信，發(fā)射端通過(guò)控制LED陣列發(fā)射具有定位碼型的可見(jiàn)光信號(hào)，使位于室內(nèi)的用戶從接收到的光信號(hào)解析出其所在的位置。每個(gè)LED具有唯一的ID號(hào)，設(shè)計(jì)LED循環(huán)發(fā)送的定位數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，加載到LED驅(qū)動(dòng)放大電路上，驅(qū)動(dòng)LED燈陣列發(fā)出數(shù)據(jù)光信號(hào)；探測(cè)器在識(shí)別幀頭的同時(shí)將用戶定位于光功率最大的子小區(qū)。本方法無(wú)需頻段申請(qǐng)、無(wú)電磁干擾、綠色安全，基于可見(jiàn)光LED定位的精度更高。另外，在可見(jiàn)光LED通信的同時(shí)還可以對(duì)室內(nèi)場(chǎng)景中進(jìn)行綠色照明，通過(guò)現(xiàn)有的照明燈進(jìn)行室內(nèi)可見(jiàn)光通信的定位，無(wú)需另外架設(shè)可見(jiàn)光光源，方便地實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的定位。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種基于可見(jiàn)光標(biāo)簽的室內(nèi)定位方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于可見(jiàn)光標(biāo)簽的室內(nèi)定位方法，屬于無(wú)線通信【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著移動(dòng)通信與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)展，基于位置的服務(wù)越來(lái)越受到人們的關(guān)注。位置信息的獲取能給基于位置感知的服務(wù)提供更多的便利。例如，在緊急救助、個(gè)人醫(yī)療保健、認(rèn)知無(wú)線電和個(gè)性化信息傳輸?shù)阮I(lǐng)域，當(dāng)人們位于不同的地理位置時(shí)，可以方便地得到與當(dāng)前位置相對(duì)應(yīng)的信息。
[0003]在戶外，對(duì)位置信息的獲取一般通過(guò)GPS全球定位衛(wèi)星。GPS設(shè)備通過(guò)接收來(lái)自4個(gè)或4個(gè)以上的衛(wèi)星信號(hào)來(lái)估計(jì)接收終端的當(dāng)前位置，可實(shí)現(xiàn)精度較高的定位。除了美國(guó)的GPS外，還有一些國(guó)家和組織也提供類(lèi)似的定位服務(wù)，如俄羅斯的“格洛納斯”全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、歐洲的“伽利略”衛(wèi)星定位系統(tǒng)和我國(guó)的“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在戶外能很好地滿足人們的定位需求，但由于衛(wèi)星信號(hào)一般都很微弱，不能穿透絕大多數(shù)建筑物，在室內(nèi)不能實(shí)現(xiàn)有效地定位。
[0004]為了解決室內(nèi)定位導(dǎo)航的問(wèn)題，科技巨頭和研究機(jī)構(gòu)開(kāi)展了大量的研究，如基于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的輔助GPS (A-GPS)、偽衛(wèi)星(Pseudolite)、無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)、射頻標(biāo)簽(RFID)、Zigbee、藍(lán)牙(Bluetooth, BT)、超寬帶無(wú)線電(Ultra WideBand, UWB)、紅外定位、計(jì)算機(jī)視覺(jué)定位、地磁、超聲波定位和LED可見(jiàn)光定位等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明的目的是為解決室內(nèi)高精度定位的難題，提出了一種基于可見(jiàn)光標(biāo)簽的室內(nèi)定位方法。發(fā)射端通過(guò)控制LED陣列發(fā)射具有定位碼型的可見(jiàn)光信號(hào)，使位于室內(nèi)的用戶從接收到的光信號(hào)解析出其所在的位置。
[0006]一種基于可見(jiàn)光標(biāo)簽的室內(nèi)定位方法，具體包括如下步驟:
[0007]步驟一、在室內(nèi)天花板上安裝一個(gè)LED燈陣列。所述LED燈陣列由LED燈以等邊三角形的分布方式向四面拓展而成，陣列中多個(gè)等邊三角形的輻照將室內(nèi)空間分成多個(gè)三棱柱空間，每個(gè)三棱柱空間稱(chēng)為一個(gè)空間單元，其對(duì)應(yīng)的3個(gè)LED燈安裝在每個(gè)空間單元的頂面，即天花板上。
[0008]所述以等邊三角形的分布方式具體為:三個(gè)LED燈分別位于等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，以其中任意兩個(gè)頂點(diǎn)為相鄰等邊三角形的頂點(diǎn)，找到相鄰等邊三角形的第三個(gè)頂點(diǎn)，安裝一個(gè)LED燈，形成三個(gè)新的等邊三角形；再在新的等邊三角形基礎(chǔ)上，繼續(xù)以此方法擴(kuò)展，形成以等邊三角形為單元的平面LED燈陣列。
[0009]步驟二、對(duì)每個(gè)LED編號(hào)，記作LED=,, (i=l,2,3),其中下標(biāo)(x，y)表示LED在室
內(nèi)的橫縱坐標(biāo)，橫縱坐標(biāo)能通過(guò)編碼轉(zhuǎn)換成LED的ID號(hào)(LED-1D)，i表示LED的發(fā)光時(shí)隙。每個(gè)LED具有唯一的ID號(hào)。
[0010]步驟三、根據(jù)步驟二得到LED編號(hào)，設(shè)計(jì)LED循環(huán)發(fā)送的定位數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，定位數(shù)據(jù)中貞由幀頭(Synchronization Header, SHR)和定位時(shí)段組成。幀頭用于從接收的串行數(shù)據(jù)中提取定位時(shí)段；定位時(shí)段分成三個(gè)時(shí)隙(timeslot)，記作時(shí)隙I (TSl)，時(shí)隙2(TS2)和時(shí)隙3(TS3)。定位時(shí)段標(biāo)志了 LED燈發(fā)光的時(shí)隙，定位時(shí)段的取值標(biāo)志了 LED燈的位置。在
一個(gè)空間單元中，3個(gè)LED的時(shí)隙不同。LED:,為屬于第i個(gè)時(shí)隙的LED，記作LED-TSi，
表示在第i個(gè)時(shí)隙(TSi)內(nèi)發(fā)射自己的LED-1D，其他時(shí)隙都為O。
[0011]每個(gè)空間單元中LED的LED-1D以時(shí)分復(fù)用的形式加載到LED發(fā)射的光信號(hào)中，形成數(shù)據(jù)光信號(hào)。
[0012]所述的LED發(fā)送的定位數(shù)據(jù)幀由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生，加載到LED驅(qū)動(dòng)放大電路上，LED驅(qū)動(dòng)放大電路與LED燈陣列連接，驅(qū)動(dòng)LED燈陣列發(fā)出數(shù)據(jù)光信號(hào)來(lái)傳輸定位數(shù)據(jù)幀內(nèi)容。每個(gè)單元中的三個(gè)LED分屬于不同的時(shí)隙，每個(gè)LED=,.,分別在第i個(gè)時(shí)隙內(nèi)發(fā)射
(X，y)通過(guò)編碼轉(zhuǎn)換的LED-1D，其他時(shí)隙發(fā)射O。
[0013]所述高速是指滿足定位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼琢考?jí)速率。
[0014]步驟四、室內(nèi)用戶攜帶探測(cè)器，探測(cè)器所在平面作為參考面，探測(cè)器接收所在空間單元的LED發(fā)射的數(shù)據(jù)光信號(hào)，忽略其他LED對(duì)探測(cè)器的干擾。在接收的串行數(shù)據(jù)中識(shí)別幀頭，由于數(shù)據(jù)幀是循環(huán)發(fā)送的，兩幀數(shù)據(jù)的幀頭之間即為定位時(shí)段；與探測(cè)器相連的上位機(jī)檢測(cè)定位時(shí)段的每個(gè)比特寬度功率大小來(lái)判斷接收的是O碼還是I碼，得到定位時(shí)段每個(gè)比特的碼型，再根據(jù)定位時(shí)段中每個(gè)時(shí)隙的比特位數(shù)劃分出每個(gè)時(shí)隙對(duì)應(yīng)的LED-1D。通
過(guò)三個(gè)不同時(shí)隙的LED-1D將用戶定位到由這三個(gè)LED編號(hào)LED^1.,對(duì)應(yīng)的三角形區(qū)域內(nèi)。
[0015]步驟五、為了提高定位的精度，將等邊三角形小區(qū)進(jìn)行細(xì)分，具體方法為:在等邊三角形內(nèi)部，由等邊三角形中線和邊圍成的三個(gè)等面積四邊形子小區(qū)。
[0016]步驟六、探測(cè)器在識(shí)別幀頭的同時(shí)，探測(cè)得到三個(gè)LED燈的光功率，比較接收的三個(gè)LED燈的光功率，將用戶定位于光功率最大的子小區(qū)，若某兩個(gè)時(shí)隙的光功率相同則將用戶定位到這兩個(gè)時(shí)隙對(duì)應(yīng)的子小區(qū)的交界處。
[0017]步驟七、探測(cè)器的輸出經(jīng)放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換后，得到待處理的數(shù)據(jù)信號(hào)，透明傳輸至接收端的上位機(jī)。接收端的上位機(jī)根據(jù)步驟四、六所獲取的用戶位置信息，再將此信息以無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上傳至服務(wù)器，服務(wù)器控制發(fā)射端發(fā)送的數(shù)據(jù)幀內(nèi)容。
[0018]若在發(fā)射端的定位數(shù)據(jù)幀后加入圖像傳輸時(shí)段，圖像傳輸時(shí)段和定位時(shí)段相同，是由圖像數(shù)據(jù)編碼后以時(shí)分復(fù)用的形式組成。通過(guò)步驟三設(shè)定的幀結(jié)構(gòu)，就能在完成定位功能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)子小區(qū)的圖像數(shù)據(jù)的傳輸。
[0019]有益效果
[0020]本發(fā)明方法基于可見(jiàn)光通信，不同于傳統(tǒng)的無(wú)線通信，無(wú)需頻段申請(qǐng)、無(wú)電磁干擾、綠色安全，基于可見(jiàn)光LED定位的精度更高。另外，在可見(jiàn)光LED通信的同時(shí)還可以對(duì)室內(nèi)場(chǎng)景中進(jìn)行綠色照明，通過(guò)現(xiàn)有的照明燈進(jìn)行室內(nèi)可見(jiàn)光通信的定位，無(wú)需另外架設(shè)可見(jiàn)光光源,方便地實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的定位。本發(fā)明的數(shù)據(jù)幀包含定位數(shù)據(jù)幀和圖像數(shù)據(jù)幀,使發(fā)明的系統(tǒng)在定位用戶的同時(shí)還可以向用戶發(fā)送基于位置的服務(wù)，在高密度人群的場(chǎng)景中也可以作為傳統(tǒng)無(wú)線通信方式的一種補(bǔ)充。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0021]圖1為本發(fā)明提供的一種室內(nèi)LED陣列分布的示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明提供的一種LED陣列的LED-1D分配示意圖；
[0023]圖3為本發(fā)明中發(fā)射端發(fā)送的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)示意圖，其中(a)是定位數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)示意圖；(b)是拓展到圖像傳輸?shù)亩ㄎ粩?shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4是本發(fā)明提供的一種基于可見(jiàn)光LED的室內(nèi)定位系統(tǒng)裝置圖；
[0025]圖5是本發(fā)明實(shí)施例中LEDU,、LED；^；,、LED丨乜組成的單元及其子小區(qū)示意圖；
[0026]圖6是本發(fā)明實(shí)施例中用戶位于LED&3)、LEDli131> LEDg2l單元的子小區(qū)或邊
界點(diǎn)時(shí)探測(cè)器接收的波形圖，其中(a)是用戶位于1-1時(shí)的波形圖；(b)是用戶位于1-2時(shí)的波形圖；(c)是用戶位于A時(shí)的波形圖；(d)是用戶位于O時(shí)的波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面根據(jù)附圖和實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0028]如圖1所示，本發(fā)明的室內(nèi)模型尺寸為IOOmX IOOmX3m, LED燈安裝在天花板上，將LED燈以等邊三角形的方式向四面拓展，等邊三角分布的LED燈的輻照將室內(nèi)空間分成了若干個(gè)三棱柱空間，每個(gè)三棱柱空間稱(chēng)為一個(gè)空間單元，3個(gè)LED燈分別安裝在每個(gè)單元的天花板上。參考面即用于接收可見(jiàn)光信號(hào)的光探測(cè)器所在的水平面距離地面lm。
[0029]如圖2所示，以左下角為原點(diǎn)做直角坐標(biāo)系，為了區(qū)分天花板上的LED以便定位，
將每個(gè)LED進(jìn)行編號(hào)，記作LED丨`?,；，其中下標(biāo)(X，y)表示LED在室內(nèi)的橫縱坐標(biāo)，橫縱坐標(biāo)可以通過(guò)編碼轉(zhuǎn)換成LED的ID號(hào)(LED-1D)，i表示LED的發(fā)光時(shí)隙，這樣每個(gè)LED都具有獨(dú)特的編號(hào)LEDg,,。根據(jù)圖2中的布局，每個(gè)單元都是由三種不同發(fā)光時(shí)隙的LED組成，例
如圖2右側(cè)的單元是由LED丨丨丨31、LEDgjPLED^i組成，這三個(gè)LED分屬于不同的時(shí)隙。為了提高定位的精度，單元進(jìn)行細(xì)分，分成由等邊三角形中線和邊圍成的三個(gè)等面積四邊形子小區(qū)——LEDg1區(qū)、LEDll131區(qū)和LED丨I121區(qū)。
[0030]根據(jù)每個(gè)LED的唯一的編號(hào)LED=,.,,設(shè)計(jì)了如圖3(a)所示的LED發(fā)送的定位
數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)幀由同步頭(Synchronization Header, SHR)和定位時(shí)段組成。同步頭長(zhǎng)度是10比特，碼型為010101011110，用于接收端的幀同步。定位時(shí)段分成三個(gè)時(shí)隙(timeslot),記作時(shí)隙I (TSl)，時(shí)隙2(TS2)和時(shí)隙3(TS3)。定位時(shí)段標(biāo)志了 LED燈發(fā)光的時(shí)隙，定位時(shí)段的取值標(biāo)志了 LED燈的位置。在一個(gè)單元中，3個(gè)LED的時(shí)隙是不同的。
屬于第i個(gè)時(shí)隙的LED，記作LED-TSi，它在第i個(gè)時(shí)隙(TSi)內(nèi)發(fā)射自己的LED-1D，
其他時(shí)隙都為O。每個(gè)單元中的LED-1D以時(shí)分復(fù)用的形式加載到LED上進(jìn)行發(fā)送。例如在圖
2的由LED&、LED^,和LED^1組成的單元中，LED^31的下標(biāo)(3，3)是它的橫縱坐標(biāo)，
用二進(jìn)制表示成LED-1D為00000011 00000011，上標(biāo)表示在第一個(gè)時(shí)隙內(nèi)發(fā)送其LED-1D ；
LED；；1,,的下標(biāo)(4，3)是它的橫縱坐標(biāo)，轉(zhuǎn)換成LED-1D為00000100 00000011，上標(biāo)表示在第二個(gè)時(shí)隙內(nèi)發(fā)送其LED-1D ； LED；；':|的下標(biāo)(4，2)是它的橫縱坐標(biāo)，轉(zhuǎn)換成LED-1D為
00000100 00000010，上標(biāo)表示在第三個(gè)時(shí)隙內(nèi)發(fā)送其LED-1D。每個(gè)單元的LED-1D就以一種時(shí)分復(fù)用的形式(Time Division Multiplexing, TDM)加載到LED上進(jìn)行發(fā)送,接收端經(jīng)過(guò)信號(hào)處理就可以實(shí)現(xiàn)定位功能。如圖3(b)所示，LED發(fā)送的數(shù)據(jù)幀也可以拓展到圖像數(shù)據(jù)幀。幀結(jié)構(gòu)類(lèi)似于定位數(shù)據(jù)幀，但是加入了圖像數(shù)據(jù)傳輸時(shí)段，在此時(shí)段每個(gè)時(shí)隙里發(fā)送的不是LED-1D而是經(jīng)過(guò)編碼的圖像數(shù)據(jù)。
[0031]在接收端，探測(cè)器接收到的三個(gè)定位時(shí)隙信號(hào)，就是等邊三角形三個(gè)頂點(diǎn)位置對(duì)應(yīng)的LED燈的ID號(hào)。通過(guò)三個(gè)不同時(shí)隙的LED-1D將用戶位置定位到由該這三個(gè)LED編
號(hào)LED丨對(duì)應(yīng)的三角形區(qū)域內(nèi)。為了提高定位精度，對(duì)接收的三個(gè)LED燈的光功率再
進(jìn)行比較，確定接收端用戶位于哪個(gè)子小區(qū)內(nèi)。例如定位時(shí)段接收到的第一個(gè)時(shí)隙的碼型為0000001100000011，第二個(gè)時(shí)隙的碼型為0000010000000011，第三個(gè)時(shí)隙的碼型為
0000010000000010，用戶首先被定位到由LED丨匕,、LED；-；'.,, LED=:,組成的單元；若某個(gè)
時(shí)隙接收到的光強(qiáng)值最大，說(shuō)明光探測(cè)器距離某個(gè)時(shí)隙對(duì)應(yīng)的LED最近，用戶被進(jìn)一步定位到對(duì)應(yīng)的子小區(qū)。
[0032]為了驗(yàn)證本發(fā)明的方法能夠?qū)崿F(xiàn)室內(nèi)高精度定位，設(shè)計(jì)了圖4所示的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括FPGA信號(hào)發(fā)生器401，LED驅(qū)動(dòng)電路402，LED陣列403，光探測(cè)器404，放大電路及A/D轉(zhuǎn)換405，F(xiàn)PGA和USB數(shù)據(jù)傳輸406，上位機(jī)407。發(fā)射端發(fā)送圖3 (b)中的拓展到圖像傳輸?shù)亩ㄎ粩?shù)據(jù)幀，數(shù)據(jù)幀是由信號(hào)發(fā)生器401產(chǎn)生的，它通過(guò)LED驅(qū)動(dòng)電路402加載到LED陣列403上?？梢?jiàn)光信號(hào)通過(guò)室內(nèi)自由空間后，被光探測(cè)器404接收，經(jīng)過(guò)放大電路和AD轉(zhuǎn)換405后變?yōu)楣鈹?shù)`字信號(hào)，F(xiàn)PGA和USB數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)406將數(shù)據(jù)透明傳輸至上位機(jī)407，上位機(jī)運(yùn)用C#軟件識(shí)別定位碼型、分析定位時(shí)段的三個(gè)時(shí)隙光強(qiáng)度得到單元的LED-1D及其所屬子小區(qū)并顯示在C#圖形用戶界面上。本發(fā)明實(shí)施例中定位信息傳輸速率為IMbit/s，可以滿足定位數(shù)據(jù)及圖像的傳輸速率需求。
[0033]如圖5所示，選取LED:。、LED:2'、LED「?:1組成的單元，單元分為三個(gè)子小區(qū)，
記作LED^子小區(qū)、LEDf41,,子小區(qū)和LEDf4^小區(qū)，并標(biāo)定了 A、B、C、O、1-1、1_2、2_1、2-2、3-1、3-2等一系列特殊位置的點(diǎn)。
[0034]當(dāng)探測(cè)器處于1-1、1_2、A、0時(shí)的波形圖如圖6的(a)、(b)、(c)、(d)所示?？梢?jiàn)，
當(dāng)探測(cè)器處于1-1時(shí)，三個(gè)時(shí)隙的歸一化幅度分別為0.82、0、0，探測(cè)器將被定位至LED丨匕
子小區(qū)，當(dāng)探測(cè)器處于1-2時(shí)，三個(gè)時(shí)隙的歸一化幅度分別為0.81,0.25,0.25，探測(cè)器被
定位至LED=;, ?小區(qū)，而當(dāng)探測(cè)器處于臨界點(diǎn)A時(shí)，三個(gè)時(shí)隙的歸一化幅度分別為0.82、
0.82,0.1，探測(cè)器被定位至A點(diǎn)，當(dāng)探測(cè)器處于臨界點(diǎn)O時(shí)，三個(gè)時(shí)隙的歸一化幅度分別為
0.82,0.82,0.82，探測(cè)器被定位至O點(diǎn)。其他點(diǎn)原理類(lèi)似，這樣探測(cè)器就可以被定位至子區(qū)域或臨界點(diǎn)，提高了定位的精度。接收端獲取用戶位置信息后將此信息以無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上傳至服務(wù)器，服務(wù)器控制發(fā)射端發(fā)送拓展到圖像傳輸?shù)亩ㄎ粩?shù)據(jù)幀，就能在完成定位功能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)子小區(qū)的圖像數(shù)據(jù)的傳輸，從而實(shí)現(xiàn)基于用戶位置的服務(wù)(Location BasedService, LBS)。
[0035]本發(fā)明主要技術(shù)優(yōu)勢(shì):
[0036]1.依據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的可見(jiàn)光室內(nèi)定位的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有可見(jiàn)光通信的綠色安全、可進(jìn)行高速數(shù)據(jù)通信和免頻率許可的優(yōu)點(diǎn)；
[0037]2.依據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的可見(jiàn)光定位的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)屬于可見(jiàn)光波段，無(wú)電磁干擾。
[0038]3.依據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的可見(jiàn)光定位的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相較于其他無(wú)線定位方式精度更高。定位系統(tǒng)應(yīng)用在室內(nèi)場(chǎng)景中，照明燈既可以通信也可以照明，可以通過(guò)現(xiàn)有的照明燈進(jìn)行室內(nèi)可見(jiàn)光通信的定位，無(wú)需另外架設(shè)可見(jiàn)光光源，可以很方便地實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的定位。
[0039]4.依據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的可見(jiàn)光定位的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)同時(shí)實(shí)現(xiàn)了定位和圖像傳輸，可以為用戶提供基于位置的服務(wù)。
[0040]該實(shí)施的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。在不背離本發(fā)明所述方法的精神和權(quán)利要求范圍的情況下對(duì)它進(jìn)行的各種顯而易見(jiàn)的改變都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于可見(jiàn)光標(biāo)簽的室內(nèi)定位方法，其特征在于:具體包括如下步驟: 步驟一、在室內(nèi)天花板上安裝一個(gè)LED燈陣列；所述LED燈陣列由LED燈以等邊三角形的分布方式向四面拓展而成，陣列中多個(gè)等邊三角形的輻照將室內(nèi)空間分成多個(gè)三棱柱空間，每個(gè)三棱柱空間稱(chēng)為一個(gè)空間單元，其對(duì)應(yīng)的3個(gè)LED燈安裝在每個(gè)空間單元的頂面；所述以等邊三角形的分布方式具體為:三個(gè)LED燈分別位于等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，以其中任意兩個(gè)頂點(diǎn)為相鄰等邊三角形的頂點(diǎn)，找到相鄰等邊三角形的第三個(gè)頂點(diǎn)，安裝一個(gè)LED燈，形成三個(gè)新的等邊三角形；再在新的等邊三角形基礎(chǔ)上，繼續(xù)以此方法擴(kuò)展，形成以等邊三角形為單元的平面LED燈陣列； 步驟二、對(duì)每個(gè)LED編號(hào),記作LED=,.,, i=l,2,3，其中下標(biāo)(x, y)表示LED在室內(nèi)的橫縱坐標(biāo)，橫縱坐標(biāo)能通過(guò)編碼轉(zhuǎn)換成LED的ID號(hào)，i表示LED的發(fā)光時(shí)隙；每個(gè)LED具有唯一的ID號(hào)； 步驟三、根據(jù)步驟二得到LED編號(hào)，設(shè)計(jì)LED循環(huán)發(fā)送的定位數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，定位數(shù)據(jù)幀由幀頭和定位時(shí)段組成；幀頭用于從接收的串行數(shù)據(jù)中提取定位時(shí)段；定位時(shí)段分成三個(gè)時(shí)隙，記作時(shí)隙1，時(shí)隙2和時(shí)隙3 ;定位時(shí)段標(biāo)志了 LED燈發(fā)光的時(shí)隙，定位時(shí)段的取值標(biāo)志了 LED燈的位置；在一個(gè)空間單元中，3個(gè)LED的時(shí)隙不同；LEiD丨匕,為屬于第i個(gè)時(shí)隙的LED，記作LED-TSi，表示在第i個(gè)時(shí)隙內(nèi)發(fā)射自己的LED-1D，其他時(shí)隙都為O ; 每個(gè)空間單元中LED的LED-1D以時(shí)分復(fù)用的形式加載到LED發(fā)射的光信號(hào)中，形成數(shù)據(jù)光信號(hào)； 步驟四、室內(nèi)用戶攜帶探測(cè)器，探測(cè)器所在平面作為參考面，探測(cè)器接收所在空間單元的LED發(fā)射的數(shù)據(jù)光信號(hào)，忽略其他LED對(duì)探測(cè)器的干擾；在接收的串行數(shù)據(jù)中識(shí)別幀頭，兩幀數(shù)據(jù)的幀頭之間即為 定位時(shí)段；與探測(cè)器相連的上位機(jī)檢測(cè)定位時(shí)段的每個(gè)比特寬度功率大小來(lái)判斷接收的是O碼還是I碼，得到定位時(shí)段每個(gè)比特的碼型，再根據(jù)定位時(shí)段中每個(gè)時(shí)隙的比特位數(shù)劃分出每個(gè)時(shí)隙對(duì)應(yīng)的LED-1D ;通過(guò)三個(gè)不同時(shí)隙的LED-1D將用戶定位到由這三個(gè)LED編號(hào)LED丨L對(duì)應(yīng)的三角形區(qū)域內(nèi)； 步驟五、將等邊三角形小區(qū)進(jìn)行細(xì)分，具體方法為:在等邊三角形內(nèi)部，由等邊三角形中線和邊圍成的三個(gè)等面積四邊形子小區(qū)； 步驟六、探測(cè)器在識(shí)別幀頭的同時(shí)，探測(cè)得到三個(gè)LED燈的光功率，比較接收的三個(gè)LED燈的光功率，將用戶定位于光功率最大的子小區(qū)，若某兩個(gè)時(shí)隙的光功率相同則將用戶定位到這兩個(gè)時(shí)隙對(duì)應(yīng)的子小區(qū)的交界處； 步驟七、探測(cè)器的輸出經(jīng)放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換后，得到待處理的數(shù)據(jù)信號(hào)，透明傳輸至接收端的上位機(jī)；接收端的上位機(jī)根據(jù)步驟四、六所獲取的用戶位置信息，再將此信息以無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上傳至服務(wù)器，服務(wù)器控制發(fā)射端發(fā)送的數(shù)據(jù)幀內(nèi)容。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于可見(jiàn)光標(biāo)簽的室內(nèi)定位方法，其特征在于:在發(fā)射端的定位數(shù)據(jù)幀后加入圖像傳輸時(shí)段，圖像傳輸時(shí)段和定位時(shí)段相同，由圖像數(shù)據(jù)編碼后以時(shí)分復(fù)用的形式組成；通過(guò)步驟三設(shè)定的幀結(jié)構(gòu)，就能在完成定位功能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)子小區(qū)的圖像數(shù)據(jù)的傳輸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于可見(jiàn)光標(biāo)簽的室內(nèi)定位方法，其特征在于:所述的LED發(fā)送的定位數(shù)據(jù)幀由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生，加載到LED驅(qū)動(dòng)放大電路上，LED驅(qū)動(dòng)放大電路與LED燈陣列連接，驅(qū)動(dòng)LED燈陣列發(fā)出數(shù)據(jù)光信號(hào)來(lái)傳輸定位數(shù)據(jù)幀內(nèi)容；每個(gè)單元中的三個(gè)LED分屬于不同的時(shí)隙，每個(gè)LED=,,分別在第i個(gè)時(shí)隙內(nèi)發(fā)射(X，y)通過(guò)編碼轉(zhuǎn)換的LED-1D，其他時(shí)隙發(fā)射O。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于可見(jiàn)光標(biāo)簽的室內(nèi)定位方法，其特征在于:所述高速為兆量級(jí)速率。`
【文檔編號(hào)】G01S5/16GK103823204SQ201410084621
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年3月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月10日
【發(fā)明者】楊?lèi)?ài)英, 吳永勝, 王雨, 孫雨南 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)