一种基于可见光精确定位系统及其精确定位方法
【技术领域】
[0001]本发明属于可见光通信技术领域，特别涉及一种基于可见光精确定位系统及其精确定位方法。
【背景技术】
[0002]近年来，平板电脑，手机等移动设备的快速增加加大并且凸显了无线电技术带来的限制，这些限制包括带宽限制，信道限制，输入输出数量限制。自由空间光通信，简称为光通信，已被认为是可行的解决方案。特别是，可见光通信(VLC)，它使用发光二极管(LED)，利用其较短的响应时间，和亮度高寿命长等特点，同时搭载绿色智能照明技术，这将提供了低成本的无线通信的方案和基础设施。同时随着GPS精度限制的凸显以及室内定位的需求的出现，这促使可见光通信定位技术的发展。室内定位有广阔应用场景，比如大型商场导购，地下车库，大厦室内导航等。
[0003]通常情况下，比如模仿GPS采用实时差分定位方式，上级节点数量(光源)至少要有3个用来定位，需要实时进行同步，上述情况导致了以下几个方面的问题:(I)室内这么短的距离下，使用光进行定位，势必在时间上测量差值软硬件成本极高；(2)必须至少有三个上级光源节点来产生交集覆盖，在光覆盖范围上，正常下几乎无法空间内任意点都在3个光源交集上，光源部署难度大；(3)模仿GPS方式，每个节点发送不同的信息，下级接收器软件解码也会相应复杂。
【发明内容】
[0004]于是，本发明的目的在于，提供一种基于可见光精确定位系统及其精确定位方法，其可以利用光通信在物理上具有一定的方向性以及光强度，仅采用一个上级照明节点，接收装置可以简单、方便地实现厘米级精确定位。
[0005]本发明的有益效果是，本发明构造简单，避免复杂硬件设备以及复杂算法，以及上级节点部署难度，以及下级光接收节点硬件复杂度。如果是LED光源，还可以在不影响可见光通信的情况下，实现精确实时定位。本发明有定位精度高，实用性好，系统成本低等特点，适用于各种室内定位等场景，具有广阔应用前景。
【附图说明】
[0006]为进一步说明本发明的具体接收内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中:
图1为本发明的系统结构示意图。
[0007]图2为本发明的方法流程图。
[0008]图3为本发明的传感器阵列可能的部署形态(4传感器)。
【具体实施方式】
[0009]为进一步更清晰的展现本发明实施方式，下述实施例及附图中进行介绍，下面附图是本发明的系统结构框架与方法步骤说明。一旦搭建起其连接方式，可以简单的实现厘米级精确定位。图中芯片与电路组成并未呈现出来，并不是全部实施方式。对于领域内技术人员来讲，通过模仿架构来实现精确定位的其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
[0010]请参阅图1所示，本发明提供一种基于可见光精确定位系统，包括:
一信号光源10该信号光源10为普通照明灯或者可见光通信用LED灯。
[0011]—传感器阵列11，传感器阵列11为光探测器阵列，其接收信号光源10的光信号与周围光情况；其中光探测器阵列为至少2个光敏二极管或者PIN 二极管，排列形状可以是平面状或者球状阵列，如图3阵列可能的部署形态；光探测器是光敏二极管或者PIN 二极管。
[0012]—放大整形电路12，其输入端与传感器阵列11的输出端连接，是用于接收，放大，整形调理光信号的电路，以及检测周围光强的电路；光接收放大整形调理电路是重要的光通信接收链路，一方面是将模拟信号转变为数字信号的链路，另一方面是将光强转变为电压幅值大小的电路。
[0013]—信号处理电路13，其与放大整形电路12连接，是用于检测光强，接收光通信数据的电路，其电路是基于模拟量转数字量功能的MCU或者FPGA，检测光强和识别光通信数据的电路；
一接口电路14，其与信号处理电路13连接，其中接口电路是串口，SPI，IIC, IIIC, USB,CAN或者蓝牙接口的电路。连接将数字信号转化为标准串口，SPI, IIC, IIIC, USB, CAN或者蓝牙接口信号。与电子设备15可以通过无线或者有线连接。通过接口电路14将信号传输给电子设备15。
[0014]—电子设备15，电子设备15接收到信号后，进一步处理信号。电子设备可以是手机，智能手机等一切支持接口通信的电子设备。
[0015]上述系统的整体工作原理是:传感器接收到光信号后，将转化后的电信号传输到光信号放大整形电路，输出两种信号，一种通信信号，一种光强信号，一种原理是光强信号在本地电路中，传感器阵列中的各个信号分别经过和先前存储在内存中的光强信息搜寻比较，用最小协方差匹配，寻找最近点，并将此点xy坐标发送出去；另一种原理是将通信信号和光强信号直接发送出去，然后电子设备做处理。之后经过接口电路转换为标准接口信号传送给电子设备。
[0016]请参阅图2，3，并结合参阅图1，本发明提供一种基于可见光精确定位方法，其是图1所述的系统，如图3以球状传感器阵列(4个传感器)为例，包括下述步骤:
步骤1:通过信号光源10发出数据或者正常照明；
步骤2:球形传感器阵列11探测到信号光源10发出光信号，并分别将四个光探测器输出转换为电信号；
步骤3:放大整形电路12将四个传感器电信号处理后，分别输出两种信号形式，一种是得到接口电路13可识别的数字信号，另一种是输出光强度幅值信号；
步骤4:信号处理电路13接收到电路12输出的4组数字信号和幅值模拟信号，并转换为可处理信号；
步骤5:—种方法是在本地信号处理电路中传感器阵列中各个信号分别经过和先前存储在内存中的光强信息搜寻比较，用最小协方差匹配，寻找最近点，并将此点xy坐标发送给接口电路14 ;另一种方法是将步骤四中转换的可处理信号直接发送给接口电路14，然后让移动设备或者PC做处理；
步骤6:通过接口电路14，发出移动设备或者PC能接收的信号，移动设备或者PC处理
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[0017]本发明提供一种基于可见光精确定位系统及其精确定位方法，其可以利用光通信在物理上具有一定的方向性以及光强度，仅采用一个上级照明节点，接收装置可以简单、方便地实现厘米级精确定位。本发明效果是构造简单，避免复杂硬件设备以及复杂算法，以及上级节点部署难度，以及下级光接收节点硬件复杂度。如果是LED光源，还可以在不影响可见光通信的情况下，实现精确实时定位。本发明有定位精度高，实用性好，系统成本低等特点，适用于各种室内定位等场景，具有广阔应用前景。
【主权项】
1.一种基于可见光精确定位系统及其精确定位方法，包括: 一信号光源10 ； 一传感器阵列11，其接收信号光源10的光信号与周围光情况； 一放大整形电路12，其输入端与传感器阵列11的输出端连接，是用于接收，放大，整形调理光信号的电路，以及检测周围光强的电路； 一信号处理电路13，其与放大整形电路12连接，是用于检测光强，接收光通信数据的电路； 一接口电路14，其与信号处理电路13连接。2.根据权利要求1所述的基于可见光精确定位系统，其中该信号光源10为普通照明灯或者可见光通信用LED灯。3.根据权利要求1所述的基于可见光精确定位系统，其中传感器阵列11为光探测器阵列，是至少有3个光探测器组成的阵列。4.根据权利要求3所述的基于可见光精确定位系统，其中光探测器阵列形状可以是平面状或者球状阵列。5.根据权利要求4所述的基于可见光精确定位系统，其中光探测器是光敏二极管或者PIN 二极管。6.根据权利要求3和4所述的基于可见光精确定位系统，其中光探测器阵列为至少2个光敏二极管或者PIN 二极管。7.根据权利要求1所述的基于可见光精确定位系统，其中信号处理电路是基于模拟量转数字量功能的MCU或者FPGA，检测光强和识别光通信数据的电路。8.根据权利要求1所述的基于可见光精确定位系统，其中接口电路是串口，SPI, IIC, USB, CAN或者蓝牙接口的电路。9.一种基于可见光精确定位方法，其是采用权利要求1所述的系统，包括下述步骤: 步骤1:通过信号光源10发出数据或者正常照明； 步骤2:传感器阵列11探测到信号光源10发出光信号，并将其转换为电信号； 步骤3:放大整形电路12将电信号处理后，输出两种信号形式，一种是得到接口电路13可识别的数字信号，另一种是输出光强度幅值信号； 步骤4:信号处理电路13接收到电路12输出的数字信号和幅值模拟信号，并转换为可处理信号； 步骤5:—种方法是在本地信号处理电路中传感器阵列中各个信号分别经过和已存储在内存中的光强信息搜寻比较，最小协方差匹配，寻找最靠近点，并将此点xy坐标发送给接口电路14 ;另一种方法是将步骤四中转换的可处理信号直接发送给接口电路14，然后让移动设备或者PC做处理； 步骤6:通过接口电路14，发出移动设备或者PC能接收的信号，移动设备或者PC处理?目息O
【专利摘要】本发明公开了一种基于可见光精确定位系统及其精确定位方法。随着GPS精度限制的凸显以及室内定位的需求的出现，促使可见光通信室内定位技术的发展。本发明利用光的方向性与强度分布信息，并且仅用一个上级照明节点与下级光接收传感器阵列，实现距离厘米级精确定位。这避免了采用实时差分定位方式造成的较高的节点密度（即必须至少有三个上级光源节点来产生交集覆盖）。本发明构造简单，减少了上级光源节点部署难度，以及下级光接收节点硬件复杂度。如果是LED光源，还可以在不影响可见光通信的情况下，实现实时定位。本发明有定位精度高，实用性好，系统成本低等特点，适用于各种室内定位等场景，具有广阔应用前景。
【IPC分类】G01S5/16
【公开号】CN105005025
【申请号】CN201510399543
【发明人】黄涌, 李岳乔
【申请人】黄涌
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年7月9日