CN108535691B - 一种基于可见光通信的室内定位系统及方法 - Google Patents

一种基于可见光通信的室内定位系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明适用于定位技术领域，提供了一种基于可见光通信的室内定位系统及方法。在本发明实施例中，每个可见光信标从预先为其分配的多个时间片中随机选择一个时间片，在所选择的时间片内发射携带有其身份标识信息的可见光信号，从而使得多个可见光信标无需通过有线方式与控制单元连接，降低了系统的部署成本。同时，可见光接收器从接收到的可见光信号中提取相应的身份标识信息，根据可见光信号的接收信号强度RSS确定可见光信号的入射角；终端根据至少三个可见光信号的入射角及用于分别发射至少三个可见光信号的可见光信标的坐标确定终端的当前坐标，从而不要求可见光信标是朗伯辐射体，即可见光信标可以是任意形状，提高了系统的实用性。

Description

一种基于可见光通信的室内定位系统及方法
技术领域
本发明属于定位技术领域，尤其涉及一种基于可见光通信的室内定位系统及方法。
背景技术
近年来，基于可见光通信的室内定位技术由于具有定位精度高、绿色环保等优点，成为人们的研究热点。现有的基于可见光通信的室内定位技术通常采用分布在室内空间中的多个发光二极管(Light Emitting Diode，LED)发射可见光信号，采用摄像头或光电二极管作为光电传感器接收LED发射的可见光信号，根据光电传感器接收到的可见光信号的接收信号强度(Received Signal Strength，RSS)以及对应的用于发射可见光信号的LED的位置信息，确定光传感器当前的位置信息，进而实现定位功能。
然而，现有的某些采用光电二极管作为光电传感器的可见光室内定位系统中，多个LED是基于时分复用的多路访问控制机制发射可见光信号的，即多个LED需通过有线方式与控制单元连接来实现时分复用，这样会导致整个系统的部署成本较高，扩展性不好；而某些采用光电二极管作为光电传感器的可见光室内定位系统是采用基于RSS信道传输衰减模型的三角定位算法来计算可见光接收器当前的位置信息的，这就要求系统中的LED是朗伯辐射体，而实际应用中只有部分圆形球泡灯满足该要求，从而大大降低了系统的实用性。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种基于可见光通信的室内定位系统及方法，以解决现有的基于可见光通信的室内定位方法所存在的部署成本较高、扩展性不好、实用性较低的问题。
本发明实施例的第一方面提供了一种基于可见光通信的室内定位系统，包括：可见光接收器及至少三个可见光信标；所述至少三个可见光信标安装在室内空间中的不同位置，所述可见光接收器安装在待定位的终端上；
所述可见光信标用于从预先为其分配的多个时间片中随机选择一个时间片，在所选择的时间片内发射携带有其身份标识信息的可见光信号；
所述可见光接收器用于接收所述可见光信号，从接收到的所述可见光信号中提取相应的身份标识信息，并确定接收到的所述可见光信号的接收信号强度RSS，根据接收到的所述可见光信号的RSS确定所述可见光信号的入射角，将从所述可见光信号中提取出的身份标识信息及所述可见光信号的入射角对应发送至所述终端；其中，所述入射角为所述可见光信号与所述可见光接收器的受光面的法线之间的夹角；
所述终端用于根据从所述可见光信号中提取出的身份标识信息、可见光信标的身份标识信息与坐标之间的预设对应关系，确定用于发射所述可见光信号的可见光信标的坐标，根据确定出的至少三个可见光信标的坐标及所述至少三个可见光信标所发射的可见光信号的入射角确定所述终端的当前坐标。
本发明实施例的第二方面提供了一种基于可见光通信的室内定位方法，应用于室内定位系统，所述室内定位系统包括可见光接收器及至少三个可见光信标；所述至少三个可见光信标安装在室内空间中的不同位置，所述可见光接收器安装在待定位的终端上；所述室内定位方法包括：
所述可见光信标从预先为其分配的多个时间片中随机选择一个时间片，在所选择的时间片内发射携带有其身份标识信息的可见光信号；
所述可见光接收器接收所述可见光信号，从接收到的所述可见光信号中提取相应的身份标识信息，并确定接收到的所述可见光信号的接收信号强度RSS，根据接收到的所述可见光信号的RSS确定所述可见光信号的入射角，将从所述可见光信号中提取出的身份标识信息及所述可见光信号的入射角对应发送至所述终端；其中，所述入射角为所述可见光信号与所述可见光接收器的受光面的法线之间的夹角；
所述终端根据从所述可见光信号中提取出的身份标识信息、可见光信标的身份标识信息与坐标之间的预设对应关系，确定用于发射所述可见光信号的可见光信标的坐标，根据确定出的至少三个可见光信标的坐标及所述至少三个可见光信标所发射的可见光信号的入射角确定所述终端的当前坐标。
实施本发明实施例提供的一种基于可见光通信的室内定位系统及方法具有以下有益效果：
本发明实施例通过预先为每个可见光信标分配多个时间片，每个可见光信标从预先为其分配的多个时间片中随机选择一个时间片，在所选择的时间片内发射携带有其身份标识信息的可见光信号，即多个可见光信标基于随机多路访问控制机制来发射可见光信号，从而使得多个可见光信标无需通过有线方式与控制单元连接，降低了系统的部署成本。同时，可见光接收器从接收到的可见光信号中提取相应的身份标识信息，并分别确定接收到的可见光信号的接收信号强度RSS，根据接收到的可见光信号的RSS确定可见光信号的入射角；终端根据从可见光信号中提取出的身份标识信息确定用于发射可见光信号的可见光信标的坐标，根据至少三个可见光信号的入射角及用于发射该至少三个可见光信号的可见光信标的坐标确定终端的当前坐标，由于根据至少三个可见光信号的入射角及用于该至少三个可见光信号的可见光信标的坐标确定当前坐标，因此不要求可见光信标是朗伯辐射体，即该系统中的可见光信标可以是任意形状，提高了系统的实用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种基于可见光通信的室内定位系统的结构框图；
图2是本发明实施例提供的一种基于可见光通信的室内定位系统中的可见光接收器的结构框图；
图3是本发明实施例提供的两个共位置设置的光电二极管接收可见光信号的原理示意图；
图4是本发明实施例提供的一种基于可见光通信的室内定位方法的实现流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。
请参阅图1，图1是本发明实施例提供的一种基于可见光通信的室内定位系统的结构框图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，如图1所示，一种基于可见光通信的室内定位系统，包括：可见光接收器20及至少三个可见光信标10；该至少三个可见光信标10安装在室内空间中的不同位置，可见光接收器20安装在待定位的终端30上，用于对终端30进行定位。
在实际应用中，将至少三个可见光信标10安装在室内空间中的不同位置后，可以基于该室内空间建立空间直角坐标系，并确定该至少三个可见光信标10在该空间直角坐标系中的坐标，将该至少三个可见光信标10的坐标及其身份标识信息关联存储在终端30中。其中，可见光信标10的身份标识信息用于对可见光信标10进行唯一标识，可见光信标10的身份标识信息可以根据实际需求进行设置，此处不做限制。例如，室内定位系统可以包括4个可见光信标10，该4个可见光信标10的身份标识信息可以分别设置为0001、0002、0003及0004，若该4个可见光信标10的坐标分别为(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)及(x4,y4,z4)，则将0001与(x1,y1,z1)进行关联，将0002与(x2,y2,z2)进行关联，将0003与(x3,y3,z3)，将0004与(x4,y4,z4)进行关联，即得到可见光信标10的身份标识信息与可见光信标10的坐标之间的预设对应关系，将可见光信标10的身份标识信息与可见光信标10的坐标之间的预设对应关系存储在终端30中。
在本发明实施例中，至少三个可见光信标10构成了可见光广播网络，该可见光广播网络基于随机多路访问控制机制发射可见光信号。具体的，可以预先为每个可见光信标10分配多个时间片。在实际应用中，可以为每个可见光信标10分配相同数量的时间片，且为每个可见光信标10所分配的时间片均是随机生成的，即为每个可见光信标10分配的多个时间片可以相同，也可以不同。
可见光信标10用于从预先为其分配的多个时间片中随机选择一个时间片，在所选择的时间片内发射携带有其身份标识信息的可见光信号。其中，携带身份标识信息的可见光信号为经过调制的可见光信号。需要说明的是，在可见光信标10所选择的时间片之外的其余时间片内，可见光信标10不发射携带身份标识信息的可见光信号，其仅在预设的电流驱动下发射可见光，以保持与其发射携带身份标识信息的可将光信号时相同的亮度。
可见光接收器20用于接收可见光信标10发射的可见光信号，从接收到的可见光信号中提取相应的身份标识信息；同时，可见光接收器20确定接收到的可见光信号的接收信号强度(Received Signal Strength，RSS)，根据接收到的可见光信号的RSS分别确定可见光信号的入射角，并将从可见光信号中提取出的身份标识信息及可见光信号的入射角对应发送至终端30。其中，可见光信号的入射角为可见光信号与可见光接收器20的受光面的法线之间的夹角。
终端30用于根据从可见光信号中提取出的身份标识信息、可见光信标的身份标识信息与可见光信标的坐标之间的预设对应关系，确定用于发射可见光信号的可见光信标10的坐标，根据确定出的至少三个可见光信标10的坐标及该至少三个可见光信标所发射的可见光信号的入射角确定终端30的当前坐标，根据终端30的当前坐标即可获知终端30当前在室内空间中的位置。
在本发明实施例中，可见光信标10可以包括恒压电源模块、第二信号处理单元、发光二极管(Light Emitting Diode，LED)及LED驱动单元(图中未示出)；恒压电源模块用于将交流电转换为直流电为第二信号处理单元和LED驱动单元；第二信号处理单元用于基于预设的信号编码策略对可见光信标10的身份标识信息进行编码，并基于预设的信号调制策略对编码后的可见光信标10的身份标识信息进行调制，得到脉宽调制信号；LED驱动单元用于基于该脉宽调制信号对LED进行驱动控制，进而使LED发射携带其对应的可见光信标10的身份标识信息的可见光信号。
其中，预设的信号编码策略和信号调制策略可以根据实际需求设置，此处不做限制。例如，预设的信号编码策略可以是曼彻斯特编码技术，预设的信号调制策略可以是开关键控调制技术。
在本发明实施例中，可见光接收器20接收来自不同可见光信标10的可见光信号。具体的，可见光接收器20将接收到的可见光信号转换为电信号，并基于预设的信号解调策略对转换得到的电信号进行解调，基于预设的信号解码策略对解调后的电信号分别进行解码，得到用于发射可见光信号的可见光信标10的身份标识信息。其中，预设的信号解调策略与预设的信号调制策略相对应，预设的信号解码策略与预设的信号编码策略相对应。例如，若预设的信号编码策略为曼彻斯特编码技术，则预设的信号解码策略为曼彻斯特解码技术；若预设的信号调制策略为开关键控调制技术，则预设的信号解调策略为开关键控解调技术。
在实际应用中，终端30可以是手机、平板电脑等移动终端，也可以是智能机器人等智能终端，此处不做限制。
以上可以看出，本发明实施例提供的一种室内空间定位系统通过预先为每个可见光信标分配多个时间片，每个可见光信标从预先为其分配的多个时间片中随机选择一个时间片，在所选择的时间片内发射携带有其身份标识信息的可见光信号，即多个可见光信标基于随机多路访问控制机制来发射可见光信号，从而使得多个可见光信标无需通过有线方式与控制单元连接，降低了系统的部署成本。同时，可见光接收器从接收到的可见光信号中提取相应的身份标识信息，并分别确定接收到的可见光信号的接收信号强度RSS，根据接收到的可见光信号的RSS确定可见光信号的入射角；终端根据从可见光信号中提取出的身份标识信息确定用于发射可见光信号的可见光信标的坐标，根据至少三个可见光信号的入射角及用于发射该至少三个可见光信号的可见光信标的坐标确定终端的当前坐标，由于根据至少三个可见光信号的入射角及用于该至少三个可见光信号的可见光信标的坐标确定当前坐标，因此不要求可见光信标是朗伯辐射体，即该系统中的可见光信标可以是任意形状，提高了系统的实用性。
请一并参阅图2和图3，图2是本发明实施例提供的一种基于可见光通信的室内定位系统中的可见光接收器的结构框图；图3是本发明实施例提供的两个共位置设置的光电二极管接收可见光信号的原理示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。如图2和图3所示，相对于上一实施例，本实施例中的可见光接收器20包括：第一信号处理单元202及两个共位置设置的具有不同视场角(Field of view，FOV)的光电二极管201，第一信号处理单元202与两个光电二极管201相连。
需要说明的是，在本发明实施例中，两个光电二极管201共位置设置用于标识两个光电二极管201所设置的位置之间的距离小于预设距离阈值，该预设距离阈值可以根据实际需求设置。两个光电二极管201的受光面在同一平面内，两个光电二极管201的受光面构成可见光接收器20的受光面。
光电二极管201用于接收可见光信号，并将接收到的可见光信号转换为电信号，将转换得到的电信号输出至第一信号处理单元202。需要说明的是，在本发明实施例中，由于可见光接收器20包括两个光电二极管201，因此，该两个光电二极管201对同一可见光信标10发射的可见光信号进行接收并转换后，可以得到该可见光信号对应的一组(即两路)电信号，即对于同一可见光信标10发射的可见光信号，通过两个光电二极管201可以得到该可见光信号对应的一组电信号。需要说明的是，由于两个光电二极管201的FOV不同，因此，两个光电二极管201的角度增益不同，对于来自同一可见光信标10的可见光信号，经两个光电二极管201转换得到的电信号的电平高低不同。
第一信号处理单元202用于对两个光电二极管201输出电信号进行解调，并对解调后的电信号进行解码，得到用于发射电信号对应的可见光信号的可见光信标10的身份标识信息。同时，第一信号处理单元202还用于根据光电二极管201输出的电信号的电平，确定电信号的RSS，并确定每个可见光信号对应的两路电信号的RSS之比，且基于两个光电二极管201接收到的同一可见光信号对应的两路电信号的RSS之比与可见光信号的入射角之间的预设对应关系，确定接收到的每个可见光信号的入射角。
在本发明实施例中，由于一组电信号中的两路电信号均来自于同一可见光信号，因此，属于同一组的两路电信号所携带的可见光信标10的身份标识信息相同，因此，在确定每组电信号所携带的身份标识信息时，为了节约系统资源，第一信号处理单元202可以对每组电信号中的其中一路电信号进行解调和解码，进而得到该组电信号所携带的身份标识信息。具体的，第一信号处理单元202可以基于预设的信号解调策略对光电二极管201输出的电信号进行解调，并基于预设的信号解码策略对解调后的电信号进行解码，进而得到电信号中携带的可见光信标10的身份标识信息。
在本发明实施例中，第一信号处理单元202中预先存储有两个光电二极管201接收到的同一可见光信号对应的两路电信号的RSS之比与可见光信号的入射角之间的预设对应关系。
需要说明的是，通常情况下，如图3所示，两个光电二极管201之间的间距足够小，相对于两个光电二极管201到可见光信标10之间的距离l1和l2，两个光电二极管201之间的间距可以忽略不计，因此，同一可见光信号相对于两个光电二极管201的入射角φ1和φ2可以近似认为相等。即本发明实施例中的可见光信号的入射角可以是可见光信号与任一光电二极管201的受光面的法线之间的夹角。
由于两个光电二极管201接收到的同一可见光信号对应的两路电信号的RSS之比与可见光信号的入射角之间存在确定的对应关系，因此，在实际应用中，可以通过实验对两个光电二极管201接收到的同一可见光信号对应的两路电信号的RSS之比与可见光信号的入射角之间的关系进行标定，进而得到两个光电二极管201接收到的同一可见光信号对应的两路电信号的RSS之比与可见光信号的入射角之间的预设对应关系。
在实际应用中，第一信号处理单元202和第二信号处理单元均可以为单片机、片上系统等。LED驱动单元可以采用现有的具有脉宽调制功能的LED驱动电路。
作为本发明一实施例，如图2所示，可见光接收器20还包括与第一信号处理单元202连接的通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)接口203。
在本实施例中，第一信号处理单元202具体用于将解码得到的用于发射可见光信号的可见光信标10的身份信息及可见光信号的入射角通过USB接口203对应发送至终端30。
在实际应用中，在需要对任一待定位终端30进行定位时，可以将可见光接收器20通过USB接口203与终端30进行连接，从而连通可见光接收器20与终端30之间的通信链路，实现对终端30的定位。当无需对终端30进行定位时，可将可见光接收器20从终端30上拆卸下来，使用方便，且不会对终端的其他功能造成影响。
作为本发明一实施例，终端30具体用于：
将接收到的至少三个可见光信号的入射角及用于发射该至少三个可见光信号的可见光信标10的坐标代入预设的定位函数中，得到终端30的当前坐标；
定位函数为：
Figure BDA0001613739430000101
其中，ψi为至少三个所述可见光信号中的第i个可见光信号的入射角，i＝{1,2,...,n}，n为大于或等于3的整数；(nx,ny,nz)为所述可见光接收器的受光面的法向量的坐标，(nx,ny,nz)通过所述终端内置的姿态传感器测量得到，所述法向量的模为1；
Figure BDA0001613739430000102
为用于分别发射至少三个所述可见光信号的至少三个可见光信标中第i个可见光信标的坐标，(xp,yp,zp)为所述终端的当前坐标。
其中，终端30内置的姿态传感器可以包括但不限于惯性测量单元(Inertialmeasurement unit，IMU)和电子罗盘等。
在本发明实施例中，由于可见光信标10的部署密度有限，同时受限于光电二极管201自身的视场角，可见光接收器20在任意时刻能够同时接收到的可见光信号的数量有限，随着为每个可见光信标10所分配的时间片数量的增加，多个可见光信标10在发射可见光信号时存在冲突的概率会大大减小。且由于由多个可见光信标10构成的可见光广播网络是基于随机多路访问控制技术发射可见光信号的，因而使得定位范围具有很好的扩展性，即本发明实施例提供的室内定位系统可应用于大面积的室内空间定位中，且定位精度不会发生改变。同时，由于可见光信标10仅能发射可见光信号，而无法接收可见光信号，即采用单方向通信方式，从而使得该系统可同时支持对多个终端的定位。
本发明实施例还提供了一种基于可见光通信的室内定位方法。请参阅图4，图4是本发明实施例提供的一种基于可见光通信的室内定位方法的实现流程图。本实施例提供的室内定位方法应用于图1对应的实施例中的室内定位系统。该室内定位系统包括：可见光接收器20及至少三个可见光信标10；该至少三个可见光信标10安装在室内空间中的不同位置，可见光接收器20安装在待定位的终端30上，用于对终端30进行定位。
在实际应用中，在将至少三个可见光信标10安装在室内空间中的不同位置后，可以基于该室内空间建立空间直角坐标系，并确定该至少三个可见光信标10在该空间直角坐标系中的坐标，将该至少三个可见光信标10的坐标及其身份标识信息关联存储在终端30中。其中，可见光信标10的身份标识信息用于对可见光信标10进行唯一标识，可见光信标10的身份标识信息可以根据实际需求进行设置，此处不做限制。例如，室内定位系统可以包括4个可见光信标10，该4个可见光信标10的身份标识信息可以分别设置为0001、0002、0003及0004，若该4个可见光信标10的坐标分别为(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)及(x4,y4,z4)，则将0001与(x1,y1,z1)进行关联，将0002与(x2,y2,z2)进行关联，将0003与(x3,y3,z3)，将0004与(x4,y4,z4)进行关联，即得到可见光信标10的身份标识信息与可见光信标10的坐标之间的预设对应关系，将可见光信标10的身份标识信息与可见光信标10的坐标之间的预设对应关系存储在终端30中。
如图4所示，本实施例提供的室内定位方法可以包括以下步骤：
S11：所述可见光信标从预先为其分配的多个时间片中随机选择一个时间片，在所选择的时间片内发射携带有其身份标识信息的可见光信号。
在本发明实施例中，至少三个可见光信标10构成了可见光广播网络，该可见光广播网络基于随机多路访问控制机制发射可见光信号。具体的，可以预先为每个可见光信标10分配多个时间片。在实际应用中，可以为每个可见光信标10分配相同数量的时间片，且为每个可见光信标10所分配的时间片均是随机生成的，即为每个可见光信标10分配的多个时间片可以相同，也可以不同。
可见光信标10从预先为其分配的多个时间片中随机选择一个时间片，在所选择的时间片内发射携带有其身份标识信息的可见光信号。其中，携带身份标识信息的可见光信号为经过调制的可见光信号。需要说明的是，在可见光信标10所选择的时间片之外的其余时间片内，可见光信标10不发射携带身份标识信息的可见光信号，其仅在预设的电流驱动下发射可见光，以保持与其发射携带身份标识信息的可将光信号时相同的亮度。
在实际应用中，具体的，可见光信标10可以基于预设的信号编码策略对其身份标识信息进行编码，并基于预设的信号调制策略对编码后的身份标识信息进行调制，得到脉宽调制信号，基于该脉宽调制信号对其所包含的LED进行驱动控制，进而使LED发射携带其身份标识信息的可见光信号。
其中，预设的信号编码策略和信号调制策略可以根据实际需求设置，此处不做限制。例如，预设的信号编码策略可以是曼彻斯特编码技术，预设的信号调制策略可以是开关键控调制技术。
S12：所述可见光接收器接收所述可见光信号，从接收到的所述可见光信号中提取相应的身份标识信息，并确定接收到的所述可见光信号的接收信号强度RSS，根据接收到的所述可见光信号的RSS确定所述可见光信号的入射角，将从所述可见光信号中提取出的身份标识信息及所述可见光信号的入射角对应发送至所述终端；其中，所述入射角为所述可见光信号与所述可见光接收器的受光面的法线之间的夹角。
在本发明实施例中，可见光接收器20接收来自不同可见光信标10的可见光信号。具体的，可见光接收器20将接收到的可见光信号转换为电信号，并基于预设的信号解调策略对转换得到的电信号进行解调，基于预设的信号解码策略对解调后的电信号分别进行解码，得到用于发射可见光信号的可见光信标10的身份标识信息。其中，预设的信号解调策略与预设的信号调制策略相对应，预设的信号解码策略与预设的信号编码策略相对应。例如，若预设的信号编码策略为曼彻斯特编码技术，则预设的信号解码策略为曼彻斯特解码技术；若预设的信号调制策略为开关键控调制技术，则预设的信号解调策略为开关键控解调技术。
S13：所述终端根据从所述可见光信号中提取出的身份标识信息、可见光信标的身份标识信息与坐标之间的预设对应关系，确定用于发射所述可见光信号的可见光信标的坐标，根据确定出的至少三个可见光信标的坐标及所述至少三个可见光信标所发射的可见光信号的入射角确定所述终端的当前坐标。
在本实施例中，根据终端的当前坐标即可获知终端当前在室内空间中的位置。
作为本发明一实施例，如图2所示，可见光接收器20包括：第一信号处理单元202及两个共位置设置的具有不同视场角(Field of view，FOV)的光电二极管201，第一信号处理单元202与两个光电二极管201相连。
需要说明的是，在本发明实施例中，两个光电二极管201共位置设置用于标识两个光电二极管201所设置的位置之间的距离小于预设距离阈值，该预设距离阈值可以根据实际需求设置。两个光电二极管201的受光面在同一平面内，两个光电二极管201的受光面构成可见光接收器20的受光面。
在实施例中，所述可见光接收器接收所述可见光信号，从接收到的所述可见光信号中提取相应的身份标识信息，并确定接收到的所述可见光信号的接收信号强度RSS，根据接收到的所述可见光信号的RSS确定所述可见光信号的入射角，包括：
所述光电二极管接收所述可见光信号，并将接收到的所述可见光信号转换为电信号；
所述第一信号处理单元对所述电信号进行解调，并对解调后的所述电信号进行解码，得到用于发射所述电信号对应的可见光信号的可见光信标的身份标识信息；
所述第一信号处理单元根据所述电信号的电平，确定所述电信号的RSS，并确定接收到的每个可见光信号对应的两路电信号的RSS之比，基于两个所述光电二极管接收到的同一可见光信号对应的两路电信号的RSS之比与可见光信号的入射角之间的预设对应关系，确定接收到的每个所述可见光信号的入射角；其中，每个可见光信号对应的两路电信号指每个可见光信号分别经两个所述光电二极管进行转换得到的两路电信号。
在本实施例中，光电二极管201将接收到的可见光信号转换为电信号，将转换得到的电信号输出至第一信号处理单元202。需要说明的是，对于同一可见光信标10发射的可见光信号，通过两个光电二极管201可以得到该可见光信号对应的一组电信号，由于两个光电二极管201的FOV不同，因此，两个光电二极管201的角度增益不同，对于来自同一可见光信标10的可见光信号，经两个光电二极管201转换得到的电信号的电平高低不同。
在本发明实施例中，由于一组电信号中的两路电信号均来自于同一可见光信号，因此，属于同一组的两路电信号所携带的可见光信标10的身份标识信息相同，因此，在确定每组电信号所携带的身份标识信息时，为了节约系统资源，第一信号处理单元202可以对每组电信号中的其中一路电信号进行解调和解码，进而得到该组电信号所携带的身份标识信息。具体的，第一信号处理单元202可以基于预设的信号解调策略对光电二极管201输出的电信号进行解调，并基于预设的信号解码策略对解调后的电信号进行解码，进而得到电信号中携带的可见光信标10的身份标识信息。
在本发明实施例中，第一信号处理单元202中预先存储有两个光电二极管201接收到的同一可见光信号对应的两路电信号的RSS之比与可见光信号的入射角之间的预设对应关系。
需要说明的是，通常情况下，如图3所示，两个光电二极管201之间的间距足够小，相对于两个光电二极管201到可见光信标10之间的距离l1和l2，两个光电二极管201之间的间距可以忽略不计，因此，同一可见光信号相对于两个光电二极管201的入射角φ1和φ2可以近似认为相等。即本发明实施例中的可见光信号的入射角可以是可见光信号与任一光电二极管201的受光面的法线之间的夹角。
由于两个光电二极管201接收到的同一可见光信号对应的两路电信号的RSS之比与可见光信号的入射角之间存在确定的对应关系，因此，在实际应用中，可以通过实验对两个光电二极管201接收到的同一可见光信号对应的两路电信号的RSS之比与可见光信号的入射角之间的关系进行标定，进而得到两个光电二极管201接收到的同一可见光信号对应的两路电信号的RSS之比与可见光信号的入射角之间的预设对应关系。
作为本发明一实施例，如图2所示，可见光接收器20还包括与第一信号处理单元202连接的通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)接口203。
所述将从所述可见光信号中提取出的身份标识信息及所述可见光信号的入射角对应发送至所述终端，包括：
所述第一信号处理单元将解码得到的用于发射所述可见光信号的可见光信标的身份标识信息以及所述可见光信号的入射角，通过所述通用串行总线接口对应发送至所述终端。
作为本发明一实施例，所述终端根据从所述可见光信号中提取出的身份标识信息、可见光信标的身份标识信息与坐标之间的预设对应关系，确定用于发射所述可见光信号的可见光信标的坐标，根据确定出的至少三个可见光信标的坐标及所述至少三个可见光信标所发射的可见光信号的入射角确定所述终端的当前坐标，包括：
所述终端将至少三个所述可见光信号的入射角及用于发射至少三个所述可见光信号的可见光信标的坐标代入预设的定位函数中，得到所述终端的当前坐标；
所述定位函数为：
Figure BDA0001613739430000151
其中，ψi为至少三个所述可见光信号中的第i个可见光信号的入射角，i＝{1,2,...,n}，n为大于或等于3的整数；(nx,ny,nz)为所述可见光接收器的受光面的法向量的坐标，(nx,ny,nz)通过所述终端内置的姿态传感器测量得到，所述法向量的模为1；
Figure BDA0001613739430000161
为用于分别发射至少三个所述可见光信号的至少三个可见光信标中第i个可见光信标的坐标，(xp,yp,zp)为所述终端的当前坐标。
以上可以看出，本发明实施例提供的一种基于可见光通信的室内定位方法，预先为每个可见光信标分配多个时间片，每个可见光信标从预先为其分配的多个时间片中随机选择一个时间片，在所选择的时间片内发射携带有其身份标识信息的可见光信号，即多个可见光信标基于随机多路访问控制机制来发射可见光信号，从而使得多个可见光信标无需通过有线方式与控制单元连接，降低了系统的部署成本。同时，可见光接收器从接收到的可见光信号中提取相应的身份标识信息，并分别确定接收到的可见光信号的接收信号强度RSS，根据接收到的可见光信号的RSS确定可见光信号的入射角；终端根据从可见光信号中提取出的身份标识信息确定用于发射可见光信号的可见光信标的坐标，根据至少三个可见光信号的入射角及用于发射该至少三个可见光信号的可见光信标的坐标确定终端的当前坐标，由于根据至少三个可见光信号的入射角及用于该至少三个可见光信号的可见光信标的坐标确定当前坐标，因此不要求可见光信标是朗伯辐射体，即该系统中的可见光信标可以是任意形状，提高了系统的实用性。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于可见光通信的室内定位系统，包括：可见光接收器及至少三个可见光信标；所述至少三个可见光信标安装在室内空间中的不同位置，所述可见光接收器安装在待定位的终端上；其特征在于，
所述可见光信标用于从预先为其分配的多个时间片中随机选择一个时间片，在所选择的时间片内发射携带有其身份标识信息的可见光信号；
所述可见光接收器用于接收所述可见光信号，从接收到的所述可见光信号中提取相应的身份标识信息，并确定接收到的所述可见光信号的接收信号强度RSS，根据接收到的所述可见光信号的RSS确定所述可见光信号的入射角，将从所述可见光信号中提取出的身份标识信息及所述可见光信号的入射角对应发送至所述终端；其中，所述入射角为所述可见光信号与所述可见光接收器的受光面的法线之间的夹角；
所述终端用于根据从所述可见光信号中提取出的身份标识信息、可见光信标的身份标识信息与坐标之间的预设对应关系，确定用于发射所述可见光信号的可见光信标的坐标，根据确定出的至少三个可见光信标的坐标及所述至少三个可见光信标所发射的可见光信号的入射角确定所述终端的当前坐标；
所述可见光接收器包括：第一信号处理单元及两个共位置设置的具有不同视场角的光电二极管；所述第一信号处理单元与所述光电二极管相连；
所述光电二极管用于接收所述可见光信号，并将接收到的所述可见光信号转换为电信号；
所述第一信号处理单元用于对所述电信号进行解调，并对解调后的所述电信号进行解码，得到用于发射所述电信号对应的可见光信号的可见光信标的身份标识信息；所述第一信号处理单元还用于根据所述电信号的电平，确定所述电信号的RSS，并确定接收到的每个可见光信号对应的两路电信号的RSS之比，基于两个所述光电二极管接收到的同一可见光信号对应的两路电信号的RSS之比与可见光信号的入射角之间的预设对应关系，确定接收到的每个所述可见光信号的入射角；其中，每个可见光信号对应的两路电信号指每个可见光信号分别经两个所述光电二极管进行转换得到的两路电信号。
2.根据权利要求1所述的室内定位系统，其特征在于，所述可见光接收器还包括与所述第一信号处理单元连接的通用串行总线接口；
所述第一信号处理单元具体用于：将解码得到的用于发射所述可见光信号的可见光信标的身份标识信息以及所述可见光信号的入射角，通过所述通用串行总线接口对应发送至所述终端。
3.根据权利要求1所述的室内定位系统，其特征在于，所述终端具体用于：
将至少三个所述可见光信号的入射角及用于发射至少三个所述可见光信号的可见光信标的坐标代入预设的定位函数中，得到所述终端的当前坐标；
所述定位函数为：
Figure FDA0002296474610000021
其中，ψi为至少三个所述可见光信号中的第i个可见光信号的入射角，i＝{1,2,...,n}，n为大于或等于3的整数；(nx,ny,nz)为所述可见光接收器的受光面的法向量的坐标，(nx,ny,nz)通过所述终端内置的姿态传感器测量得到，所述法向量的模为1；
Figure FDA0002296474610000022
为用于分别发射至少三个所述可见光信号的至少三个可见光信标中第i个可见光信标的坐标，(xp,yp,zp)为所述终端的当前坐标。
4.一种基于可见光通信的室内定位方法，应用于室内定位系统，所述室内定位系统包括可见光接收器及至少三个可见光信标；所述至少三个可见光信标安装在室内空间中的不同位置，所述可见光接收器安装在待定位的终端上；其特征在于，所述室内定位方法包括：
所述可见光信标从预先为其分配的多个时间片中随机选择一个时间片，在所选择的时间片内发射携带有其身份标识信息的可见光信号；
所述可见光接收器接收所述可见光信号，从接收到的所述可见光信号中提取相应的身份标识信息，并确定接收到的所述可见光信号的接收信号强度RSS，根据接收到的所述可见光信号的RSS确定所述可见光信号的入射角，将从所述可见光信号中提取出的身份标识信息及所述可见光信号的入射角对应发送至所述终端；其中，所述入射角为所述可见光信号与所述可见光接收器的受光面的法线之间的夹角；
所述终端根据从所述可见光信号中提取出的身份标识信息、可见光信标的身份标识信息与坐标之间的预设对应关系，确定用于发射所述可见光信号的可见光信标的坐标，根据确定出的至少三个可见光信标的坐标及所述至少三个可见光信标所发射的可见光信号的入射角确定所述终端的当前坐标；
所述可见光接收器包括：第一信号处理单元及两个共位置设置的具有不同视场角的光电二极管；所述第一信号处理单元与所述光电二极管相连；
所述可见光接收器接收所述可见光信号，从接收到的所述可见光信号中提取相应的身份标识信息，并确定接收到的所述可见光信号的接收信号强度RSS，根据接收到的所述可见光信号的RSS确定所述可见光信号的入射角，包括：
所述光电二极管接收所述可见光信号，并将接收到的所述可见光信号转换为电信号；
所述第一信号处理单元对所述电信号进行解调，并对解调后的所述电信号进行解码，得到用于发射所述电信号对应的可见光信号的可见光信标的身份标识信息；
所述第一信号处理单元根据所述电信号的电平，确定所述电信号的RSS，并确定接收到的每个可见光信号对应的两路电信号的RSS之比，基于两个所述光电二极管接收到的同一可见光信号对应的两路电信号的RSS之比与可见光信号的入射角之间的预设对应关系，确定接收到的每个所述可见光信号的入射角；其中，每个可见光信号对应的两路电信号指每个可见光信号分别经两个所述光电二极管进行转换得到的两路电信号。
5.根据权利要求4所述的室内定位方法，其特征在于，所述可见光接收器还包括与所述第一信号处理单元连接的通用串行总线接口；
所述将从所述可见光信号中提取出的身份标识信息及所述可见光信号的入射角对应发送至所述终端，包括：
所述第一信号处理单元将解码得到的用于发射所述可见光信号的可见光信标的身份标识信息以及所述可见光信号的入射角，通过所述通用串行总线接口对应发送至所述终端。
6.根据权利要求4所述的室内定位方法，其特征在于，所述终端根据从所述可见光信号中提取出的身份标识信息、可见光信标的身份标识信息与坐标之间的预设对应关系，确定用于发射所述可见光信号的可见光信标的坐标，根据确定出的至少三个可见光信标的坐标及所述至少三个可见光信标所发射的可见光信号的入射角确定所述终端的当前坐标，包括：
所述终端将至少三个所述可见光信号的入射角及用于发射至少三个所述可见光信号的可见光信标的坐标代入预设的定位函数中，得到所述终端的当前坐标；
所述定位函数为：
Figure FDA0002296474610000051
其中，ψi为至少三个所述可见光信号中的第i个可见光信号的入射角，i＝{1,2,...,n}，n为大于或等于3的整数；(nx,ny,nz)为所述可见光接收器的受光面的法向量的坐标，(nx,ny,nz)通过所述终端内置的姿态传感器测量得到，所述法向量的模为1；
Figure FDA0002296474610000052
为用于分别发射至少三个所述可见光信号的至少三个可见光信标中第i个可见光信标的坐标，(xp,yp,zp)为所述终端的当前坐标。
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