[发明专利]一种基于可见光标签的室内定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于可见光标签的室内定位方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

随着移动通信与无线网络等技术的发展，基于位置的服务越来越受到人们的关注。位置信息的获取能给基于位置感知的服务提供更多的便利。例如，在紧急救助、个人医疗保健、认知无线电和个性化信息传输等领域，当人们位于不同的地理位置时，可以方便地得到与当前位置相对应的信息。

在户外，对位置信息的获取一般通过GPS全球定位卫星。GPS设备通过接收来自4个或4个以上的卫星信号来估计接收终端的当前位置，可实现精度较高的定位。除了美国的GPS外，还有一些国家和组织也提供类似的定位服务，如俄罗斯的“格洛纳斯”全球卫星导航系统、欧洲的“伽利略”卫星定位系统和我国的“北斗”卫星导航系统。这些系统在户外能很好地满足人们的定位需求，但由于卫星信号一般都很微弱，不能穿透绝大多数建筑物，在室内不能实现有效地定位。

为了解决室内定位导航的问题，科技巨头和研究机构开展了大量的研究，如基于移动通信网络的辅助GPS（A-GPS）、伪卫星（Pseudolite）、无线局域网（WLAN）、射频标签（RFID）、Zigbee、蓝牙（Bluetooth，BT）、超宽带无线电（Ultra WideBand，UWB）、红外定位、计算机视觉定位、地磁、超声波定位和LED可见光定位等。

发明内容

发明的目的是为解决室内高精度定位的难题，提出了一种基于可见光标签的室内定位方法。发射端通过控制LED阵列发射具有定位码型的可见光信号，使位于室内的用户从接收到的光信号解析出其所在的位置。

一种基于可见光标签的室内定位方法，具体包括如下步骤：

步骤一、在室内天花板上安装一个LED灯阵列。所述LED灯阵列由LED灯以等边三角形的分布方式向四面拓展而成，阵列中多个等边三角形的辐照将室内空间分成多个三棱柱空间，每个三棱柱空间称为一个空间单元，其对应的3个LED灯安装在每个空间单元的顶面，即天花板上。

所述以等边三角形的分布方式具体为：三个LED灯分别位于等边三角形的三个顶点，以其中任意两个顶点为相邻等边三角形的顶点，找到相邻等边三角形的第三个顶点，安装一个LED灯，形成三个新的等边三角形；再在新的等边三角形基础上，继续以此方法扩展，形成以等边三角形为单元的平面LED灯阵列。

步骤二、对每个LED编号，记作其中下标(x,y)表示LED在室内的横纵坐标，横纵坐标能通过编码转换成LED的ID号（LED-ID），i表示LED的发光时隙。每个LED具有唯一的ID号。

步骤三、根据步骤二得到LED编号，设计LED循环发送的定位数据帧结构，定位数据帧由帧头（Synchronization Header,SHR）和定位时段组成。帧头用于从接收的串行数据中提取定位时段；定位时段分成三个时隙(timeslot)，记作时隙1(TS1)，时隙2(TS2)和时隙3(TS3)。定位时段标志了LED灯发光的时隙，定位时段的取值标志了LED灯的位置。在一个空间单元中，3个LED的时隙不同。为属于第i个时隙的LED，记作LED-TSi，表示在第i个时隙（TSi）内发射自己的LED-ID，其他时隙都为0。

每个空间单元中LED的LED-ID以时分复用的形式加载到LED发射的光信号中，形成数据光信号。

所述的LED发送的定位数据帧由信号发生器产生，加载到LED驱动放大电路上，LED驱动放大电路与LED灯阵列连接，驱动LED灯阵列发出数据光信号来传输定位数据帧内容。每个单元中的三个LED分属于不同的时隙，每个分别在第i个时隙内发射(x,y)通过编码转换的LED-ID，其他时隙发射0。

所述高速是指满足定位数据传输的兆量级速率。

步骤四、室内用户携带探测器，探测器所在平面作为参考面，探测器接收所在空间单元的LED发射的数据光信号，忽略其他LED对探测器的干扰。在接收的串行数据中识别帧头，由于数据帧是循环发送的，两帧数据的帧头之间即为定位时段；与探测器相连的上位机检测定位时段的每个比特宽度功率大小来判断接收的是0码还是1码，得到定位时段每个比特的码型，再根据定位时段中每个时隙的比特位数划分出每个时隙对应的LED-ID。通过三个不同时隙的LED-ID将用户定位到由这三个LED编号对应的三角形区域内。

步骤五、为了提高定位的精度，将等边三角形小区进行细分，具体方法为：在等边三角形内部，由等边三角形中线和边围成的三个等面积四边形子小区。