一种基于led照明的室内定位导航方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种室内定位导航方法和装置，属于定位导航技术领域。
【背景技术】
[0002] 定位导航服务因其时效性和准确性在商业活动、搜救抢险以及科学研究等行业领 域应用极为广泛。近些年来，室内定位系统作为实现室内位置服务的一种方式，正以其不可 替代的便利性和移动性迅速扩展适用领域，比如大型商场和博物馆的自动化导游、大型停 车场的车位自动导航、医院的病患追踪、矿井的自动定位导航、建筑物中的应急导向等等。 一般来说，室内定位服务通常由两大部分组成。首先，通过一些定位方式，获取用户的位置 信息；其次，通过用户的位置信息，向用户推送相关的位置服务。目前的位置服务多限于室 外，对于现阶段而言暂时还没有定位精度高、定位频率快、建设成本低、易用性强并有较低 的用户成本的室内定位服务方案。
[0003] 现有的定位系统主要基于全球定位系统（GPS)和无线电波技术。GPS能很好地应 用于室外定位，然而因为其定位依赖于无线电波传播，室内覆盖小，导致在室内环境中会出 现较大的定位误差，因此不适用于室内定位。过去10年，基于无线电波技术提出许多室内 定位方案。主要有：WLAN、RFID、UWB、WIFI、超声系统、蓝牙等，这些方法提供了从几米到几 十厘米的定位精度。然而，大多数基于无线通信的系统会受到电磁干扰影响，在多个用户共 享的情况下通信质量下降，这些都直接影响了定位质量。此外，基于RF的系统不能在医院、 飞机或一些电磁敏感的环境中使用。
[0004] 中国发明专利"一种基于可见光标签的室内定位方法"（授权公告号： CN103823204B)公开了一种基于可见光标签的室内定位方法，该方法基于可见光通信，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。每个LED具有唯一的ID号，设计LED循环发送的定位数据帧结构， 加载到LED驱动放大电路上，驱动LED灯阵列发出数据光信号；探测器在识别帧头的同时将 用户定位于光功率最大的子小区。该方法具有如下缺点：
[0005] 1. "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"，该设计中每 个阵列三盏灯组成，其精度取决于LED灯间距离，所以提高精度意味着减小距离，灯的数目 变多、变密，容易造成眩光效应，并且设备成本增加，安装要求加大，实施困难；
[0006] 2.因为是定位到子小区对应的某盏灯，一旦某盏灯出现故障那定位系统精度将急 剧下降；
[0007] 3. "对每个LED编号，记作（i = 1，2, 3)，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) "，"室内用户携带探测器，探测器 所在平面作为参考面"。因为探测器的高度z是不断变化的，参考平面也在随时变化，所以 定位的目标体（x，y)只是在二维平面上有效，而实际情况中我们需要三维空间的精确坐标 (X，y, z)，故有待进一步改善；
[0008] 4.定位时比较子小区内的三盏LED灯的功率大小仅能得到一个相对的定位结果， 无法求平均而得到相对精确的定位结果，精度的提升比较困难。
[0009] 5.由于该技术采用比较功率大小来进行位置判定的方式，为了保证定位精度在一 米左右，对光探测器的灵敏度要求很高，故该技术需要选用雪崩光二极管Aro进行检测，使 得定位接收端的成本较高。
[0010] 中国发明专利"基于室内照明的定位导航系统"（授权公告号：CN102967307B)公 开了一种可见光定位导航系统和方法，该系统包括控制计算机、发射部件、接收部件和多个 便携设备，发射部件由信息加载电路、LED驱动电路和LED光源组成，接收部件由凸透镜以 及光电接收器、滤波放大整形电路以及解调解码器连接而成；导航方法为：控制计算机向 发射部件发送附加服务信息和控制命令，接收部件把附加服务信息连同LED的ID地址信息 解码后发送给便携设备用于显示，其中光电接收器采用凸透镜加上光电检测ro阵列的光 路接收方案，便于精确确定用户的地理位置。该申请提供的内容具有如下缺点：
[0011] 1.该申请提供了三种定位方式："第一种，单灯粗略定位"、"第二种，双灯粗略定 位"和"第三种，多灯精确定位"，比较周到的考虑了不同区域内的定位需求，从而采用不同 的照明方式，然而缺陷在于这种定位方式不够准确，定位服务的体验不好；另外，若某段距 离的灯出现故障，此段距离将无法实现定位；
[0012] 2.光源的影像如果只照在一个图像传感器上，会导致信道矩阵不是满秩的，从而 所有通道无法实现独立的数据传输；
[0013] 3.该申请若需达到理想效果，其发射器光束角必须足够大，以照亮接收机在覆盖 区域的边缘，成像透镜的直径必须足够大，以收集到足够的光线，以维持所需的链路预算， 而以上两点要求会大大增加该系统的总成本。
【发明内容】
[0014] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，并提供一种基于LED照明的室内定位导 航方法和装置，通过对不同LED灯设计唯一的ID编码，使得不同LED灯按照其唯一的ID编 码发光，各可LED灯的发光功率变化形式均不同，可保证厘米级的定位精度。
[0015] 实现本发明目的所采用的技术方案为，一种基于LED照明的室内定位导航方法， 包括如下步骤：
[0016] (1)对室内LED照明系统中的各LED灯进行编码，设置与各LED灯相对应的ID编 码，ID编码由位置编码和识别码构成，其中位置编码为Μ位二进制字符串，位置编码与对应 LED灯所在的三维空间坐标（Xl，yi，Zl)相对应，识别码为Ν位二进制字符串，识别码中" 1" 表示亮，对应的LED灯发射功率为PiZ'0"表示暗，对应发射功率为Ρ2，Ρ1:Ρ 2= 10 :6~10 : 9,各ID编码的识别码中"0"的个数相同，i、Ν和Μ均为正整数；
[0017] (2)将各LED灯的ID编码以时分复用的形式加载到LED灯发射的光信号中，形成 数据光信号；
[0018] (3)接收端接收各LED灯的数据光信号，根据公式①计算接收的数据光信号所对 应LED灯的功率P"，公式①为：
[0020] 其中，α为设定的接收端内部接收电路的矫正系数，Vi为接收端测得的对应LED 灯的光电流转换电压，R是接收端内部接收电路的输出电阻，G是接收端内部接收电路的增 益，m是设定的接收端的光电响应度；
[0021] (4)计算接收的数据光信号所对应LED灯与接收端的估算垂直距离反，&= Zl -f。， 根据公式②计算接收的数据光信号所对应LED灯与接收端的估算空间距离，公式②为：
[0023] 其中，m是LED灯的朗伯系数，Φ是LED灯入射光与探测器的角度，A是接收端光 接收面的物理探测面积，A = 5mm2~15mm 2, Ts ( Φ )是接收端的传播系数，Ts ( Φ ) = 0~1， g( Φ )是接收端的电学增益，g( Φ ) = 1~10, PtS设定的LED灯的发射功率，之为接收端 的估算高度，之,=()