CN114296030A - 一种基于可见光通信的室内定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及定位技术领域，公开一种基于可见光通信的室内定位方法及系统，其通过引入量子点光转换材料的LED发出特定波段的光信号，在特定波段的光信号上携带LED在室内固有位置的编号，通过手机的光电探测器接收该特定波段的光信号并进行存储，根据是否是特定波段、是否重复出现、两次出现的时间间隔是否与LED发射光信号的时隙间隔相等进行筛选，最后再从中挑选光强最大的光信号进行解码，再根据解码得到的编号在室内地图上查找对应的LED，即可获得用户在室内的位置，最后通过图形化界面进行显示。用户只需用手机在室内的LED下接收光信号，通过手机上嵌设的光电探测器和软件即可显示位置和查找操作。本发明算法简单，处理速度快，且受干扰小，准确度高。

Description

一种基于可见光通信的室内定位方法及系统

技术领域

本发明涉及定位技术领域，特别是涉及一种基于可见光通信的室内定位方法及系统。

背景技术

随着智能终端软硬件技术、无线传感技术、移动互联网技术等的不断完善和发展，人们逐渐进入万物互联时代。室内定位作为传感技术与智能终端的一种结合技术，其近年来在定位精确度、响应速度和制造成本等领域的研究上实现了较大进展。传统的传感器节点定位技术按照节点的位置属性可分为户外定位以及室内定位技术，其中，室内定位技术根据其使用电磁波不同，可分为红外线定位技术、可见光定位技术、超声波定位技术、射频识别(RFID)定位技术等；根据其组网协议或者设计不同可分为蓝牙定位技术、Zigbee定位技术、WiFi定位技术、超宽带定位技术(UWB)等。上述技术一般利用节点质心位置、传输时间、传输角度、节点密度等参数从已知节点位置来推导盲节点位置，其计算方式包括三边测量法、三角测量法、多边测量的极大似然估计法、凸规划定位算法等。

在上述定位技术中，红外线定位技术视距传播，穿透性极差，也极易受灯光、烟雾等环境因素影响。超声波定位技术在空气中的衰减较大，使用在反射测距时受多径效应和非视距传达影响很大，造价较高。射频识别(RFID)定位技术不具有通讯功能，抗干扰能力较差，不便于整合到移动终端之中。蓝牙定位技术稳定性稍差，受噪声信号干扰大，且价格昂贵。Zigbee定位技术信号传输受多径效应和移动的影响很大，成本较高。WiFi定位技术用于室内定位的精度只能到达2米左右，无法做到精准定位，并且WiFi热点有时开有时关，不能一直传输信号。超宽带定位技术(UWB)中，新参加的盲节点需要主动参与通讯，使得功耗较高，并且事先也需求布局，且难以实现大规模室内掩盖。此外，全球定位系统在通过墙体后卫星定位信号会有严重的衰弱，也不能在室内环境提供可靠且高精度的定位环境。

相比上述定位技术，基于可见光通信的室内定位算法采用固有白光LED发出的照明光作为载波传输信息，仅需要通过对亮度、光场分布的调节来实现不同距离、不同带宽条件下的通信。相较于其他室内定位技术，基于可见光通信的室内定位算法具有响应速度快、抗电磁波干扰、收发装置简单、精度高、保密性以及可拓展性强等优点，可用于商场、办公室、地下停车场等复杂室内环境场景下的定位。

目前传统的、基于可见光的室内定位方法一般采用室内三维定位算法，利用三个及以上摄像机图像跟踪目标，从图像传感器获得投影特征从而获得对应LED灯的三维坐标。也就是说，传统室内定位方法一般利用多个已知节点位置来推导盲节点位置，需要提前布局多个已知节点，涉及到的设备以及装置较多，并且算法较为复杂，不适用于空间环境复杂的场所不适用于大型商场、室内步行街、地下停车场等范围较大、空间环境较为复杂的场所。

现有技术公开了一种室内可见光成像定位系统和定位方法，其通过接收端接收发射端发射的光信号，其中，所述发射端至少包括第一偏振片阵列，所述第一偏振片阵列包括第一偏振片、第二偏振片、第三偏振片和第四偏振片；接收端根据所述光信号确定所述发射端的身份信息，并根据所述身份信息得到所述发射端的空间坐标和大小；接收端根据所述发射端的空间坐标及大小确定所述第一偏振片阵列中每个偏振片的中心在实际空间中的三维坐标；接收端采集所述发射端的完整图像，确定所述第一偏振片阵列中每个偏振片的中心在图像传感器上的投影坐标以及所述投影坐标与所述三维坐标之间的对应关系；接收端根据所述对应关系，确定所述接收端在实际空间中的定位坐标。该专利的定位算法复杂，在接收端接收光信号时，由于设置的照明光源LED较多，接收端接收到的光信号较多，处理复杂，且光信号之间有相互影响，导致定位的准确度不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种算法简单、准确度高的基于可见光通信的室内定位方法及系统。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于可见光通信的室内定位方法,包括如下步骤：

S1、在室内布置多个LED，并制作标注各LED位置的室内地图；

S2、通过LED发出载有编码信息的光信号，编码信息包括该LED所在的室内的相对位置信息；

S3、用户终端接收光信号并存储，对一个时间段内接收到的光信号进行分析，从中筛选出一个重复出现且强度最大的光信号，作为目标光信号，将该目标光信号进行解调，获得距离用户终端最近的LED的位置信息；

S4、根据用户终端获得的LED的位置信息在室内地图上查找相对应的LED，获得用户终端所在的室内位置。

作为优选方案，在步骤S2中，LED发出的携带编码信息的光信号是特定波段的光信号；在步骤S3中，用户终端从接收到的特定波段的光信号中提取强度最大的LED发出的光信号。

作为优选方案，LED采用引入量子点光转换材料的LED，使LED发出特定波段的光信号。

作为优选方案，LED两次发出光信号之间有时隙间隔，且各LED的时隙间隔相等，室内设置的LED初次发出光信号的时间具有前后顺序。

作为优选方案，在步骤S1中，将各LED在室内的位置进行编号，且制作编号与位置相对应的“编号-位置”表；在步骤S2中，编码信息为与该LED在室内的位置相关的编号；在步骤S3中，用户终端将光信号解调后获得编号；在步骤S4中，在位置表中查找步骤S3获得的编号，从“编号-位置”表中获得该编号对应的室内位置。

作为优选方案，通过调节LED光强的分布来控制定位精度。

本发明还提供一种基于可见光通信的室内定位系统，包括：

可见光发射设备，所述可见光发射设备包括LED，所述LED用于发射携带编码信息的光信号，所述编码信息包括该所述LED所在的室内的相对位置信息；

用户终端，所述用户终端包括光信号接收模块、存储模块、分析模块、解调模块和显示模块，所述光信号接收模块用于接收所述LED发射的光信号，所述存储模块用于存储接收到的光信号，所述分析模块用于对所述存储模块中存储的一段时间内的所有光信号进行筛选并选出其中重复出现且强度最大的一个光信号，所述解调模块用于将所述分析模块筛选出的光信号进行解调以生成发射该光信号的LED所在的室内的相对位置信息，所述显示模块用于显示室内地图并在室内地图上标记显示根据所述解调模块解调出的信息对应的位置。

作为优选方案，所述LED设有光转换结构，所述光转换结构包括量子点光转换材料层。

作为优选方案，所述光信号接收模块设置有滤光片。

作为优选方案，所述光转换结构还包括荧光粉材料层，所述荧光粉材料层沉积在所述量子点光转换材料层的上方。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明通过在室内布置多个LED，每个LED安装后，LED在室内的位置是固定的，因此可在室内的地图上标注各个LED的位置，在定位时，只需要找到用户终端所在的或距离其最近的LED，根据该LED在室内地图上的位置，即可得到用户在室内的位置。本发明的LED发射载有编码信息的光信号，编码信息包括该LED在室内的相对位置，而不是LED在地球上的绝对位置信息，可使用户终端只需要根据对接收到光信号进行解码后得到的信息在室内地图中查找，找到对应的LED即可获得用户所在室内的位置，不需要摄像头获取图像以及进行三维计算，算法简单，处理速度快，且受干扰小，准确度高。同时，由于室内设置有多个LED及其他设备，用户终端会同时接收到多个光信号，所以首先需要从中筛选出距离用户最近的LED发出的光信号。因为LED也作为照明光源，在使用时是始终开启的，所以LED会重复发送光信号，因此本发明在筛选光信号时，首选挑选在一段时间内重复出现的光信号，可排除因为反射等意外出现的光信号，根据距离越近，信号强度越大的原理，挑选出的强度最大的光信号即是距离用户终端最近的LED发出的光信号，进而根据该信号确定LED，从而确定用户终端所在的室内位置。

附图说明

图1是本发明实施例的基于可见光通信的室内定位方法的流程图。

图2是本发明实施例的基于可见光通信的室内定位方法的原理图。

图3是本发明实施例的LED发射光信号的原理图。

图4是普通荧光粉发光的LED光谱。

图5是添加红色量子点材料的LED光谱。

图6是本发明实施例的基于可见光通信的室内定位方法的步骤S3的流程图。

图7是本发明实施例的“编号-位置表”的制作示意图。

图8是本发明实施例的LED的发光强度分布示意图。

图9是本发明实施例的基于可见光通信的室内定位系统的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

实施例一

如图1至图7所示，本发明优选实施例的一种基于可见光通信的室内定位方法，包括如下步骤：

S1、在室内布置多个LED，并制作标注各LED位置的室内地图；

S2、通过LED发出载有编码信息的光信号，编码信息包括该LED所在的室内的相对位置信息；

S3、用户终端接收光信号并存储，对一个时间段内接收到的光信号进行分析，从中筛选出一个重复出现且强度最大的光信号，作为目标光信号，将该目标光信号进行解调，获得距离用户终端最近的LED的位置信息；

S4、根据用户终端获得的LED的位置信息在室内地图上查找相对应的LED，获得用户终端所在的室内位置。

本实施例通过在室内布置多个LED，每个LED安装后，LED在室内的位置是固定的，因此可在室内的地图上标注各个LED的位置，在定位时，只需要找到用户终端所在的或距离其最近的LED，根据该LED在室内地图上的位置，即可得到用户在室内的位置。本实施例的LED发射载有编码信息的光信号，编码信息包括该LED在室内的相对位置，而不是LED在地球上的绝对位置信息，可使用户终端只需要根据对接收到光信号进行解码后得到的信息在室内地图中查找，找到对应的LED即可获得用户所在室内的位置，不需要摄像头获取图像以及进行三维计算，算法简单，处理速度快，且受干扰小，准确度高。同时，由于室内设置有多个LED及其他设备，用户终端会同时接收到多个光信号，所以首先需要从中筛选出距离用户最近的LED发出的光信号。因为LED也作为照明光源，在使用时是始终开启的，所以LED会重复发送光信号，因此本实施例在筛选光信号时，首选挑选在一段时间内重复出现的光信号，可排除因为反射等意外出现的光信号，意外出现的光信号一般只出现一次，根据距离越近，信号强度越大的原理，挑选出的强度最大的光信号即是距离用户终端最近的LED发出的光信号，进而根据该信号确定LED，从而确定用户终端所在的室内位置。

本实施例采用的用户终端为手机，在手机上设置光电探测器接收LED发出的光信号。用户只需要手持用户终端站在LED下，即可接收LED发出的光信号，获得用户在室内的位置，为用户在室内进行导航，且可用于在较大、复杂空间内对移动目标人物的定位以及追踪。

另外，本实施例的基于可见光通信的室内定位方法还包括：步骤S5、用户终端将室内地图及其在室内的位置进行图形化界面显示。使位置表示更清楚，让用户观看更直观。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于，在实施例一的基础上，本实施例对LED发出的光信号作进一步的说明。

本实施例在步骤S2中，LED发出的携带编码信息的光信号是特定波段的光信号；在步骤S3中，用户终端从接收到的特定波段的光信号中提取强度最大的LED发出的光信号。

使携带编码信息的光信号与一般使用的光信号进行区别，让用户终端接收光信号更有针对性，降低用户终端在筛选光信号的难度，同时也可进一步排除干扰。本实施例在LED发出光信号时，采用特定波长段的光信号来携带编码信息，可在用户终端接收时过滤掉其他杂散光波段的光信号，减少其他杂散光的影响，只提取该特定波长段的光信号进行分析，提高接收效率，且减少计算量。特定波段是设定的波段，在使用时，根据需要进行设置，只需与常用波段的光信号不同即可。

具体地，本实施例在LED采用引入量子点光转换材料的LED，使LED发出特定波段的光信号。引入量子点光转换材料的LED可发出普通荧光粉发光LED不具有的光波段，因此可使携带编码信息的光信号具有特异性，容易被分辨以及筛选出。

本实施例的LED引入的量子点光转换材料为红光量子点光转换材料，如磷化铟、硒化镉等，经过调制之后可发出普通荧光粉发光LED光源所欠缺的红光波段，如630nm为峰值波长的波段。如图4和图5所示，添加量子点光转换材料所得可见光光谱可以明显区别于普通荧光粉发光LED发光光谱。因此，引入量子点光转换材料，可使LED发出特殊波段的光信号，利用该特殊波段的光信号携带编码信号，用户终端上的接收光信号的光电探测器加上该特殊波段相关的带通滤光片，仅用于接收该特殊波段的光，可以较大程度抑制杂散光的影响，并提高信噪比。

本实施例的其他步骤与实施例一相同，此处不再赘述。

实施例三

本实施例与实施例二的区别在于，在实施例二的基础上，本实施例对LED发射光信号的方式作进一步的说明。

在本实施例中，LED两次发出光信号之间有时隙间隔，且各LED的时隙间隔相等，室内设置的LED初次发出光信号的时间具有前后顺序。可使各LED的光信号发出的时间有先后，避免两个或两个以上的LED发出的光信号重叠，影响用户终端对光信号的接收。

LED的控制芯片控制该LED的光源按照设置的时隙间隔周期性发出携带编码信息的光信号，该时隙间隔对应的频率可设置为人眼无法感知的高频，如200Hz。一般来说，光信号的载波频率远高于设置的光信号时隙间隔对应的频率，因此该时隙间隔的设置可以较好解决不同初始发射时间的LED光源的光信号之间的冲突。也就是说，不同LED初次发出光信号的时间不同，在时隙间隔相等的情况下，在后续的光信号发出中，每次光信号发出的时间也是不同的，有时间的先后顺序，这样，光信号之间即便产生空间上的重叠，也不会产生信号接收的冲突。时隙间隔的设置是为了防止用户刚好处于两个通信相关的LED交叠区域时，两个LED发出的信号叠加，或是通过特殊渠道(如反射等)产生的其他LED发出的光信号与附近的LED的信号叠加，进而避免导致用户终端过滤掉叠加的信号而无法接收到光信号，或是避免用户终端接收到信号后需要将叠加的信号分离。

因此，设置时隙间隔且使各LED初次发出光信号的时间有先后顺序，可避免和相邻LED同步发射光信号而产生信号叠加。并且，用户终端在对一段时间内接收到的光信号进行分析时，先选取了重复出现的光信号，然后根据同一信号两次出现的时间间隔进行判断，若该信号两次出现的时间间隔与LED设置的时隙间隔相等，则该信号为LED发出的光信号，否则排除掉，提高目标光信号筛选的效率和准确度。

因此，本实施例的用户终端在接收到光信号后，对一段时间内的接收到的多个光信号进行判断时，包括如下步骤：首先选择重复出现的光信号，排除只出现一次的光信号；检查同一光信号两次出现的时间间隔，排除时间间隔与LED设置的时隙间隔不等的光信号；在剩下的光信号中选取强度最大的一个光信号作为目标光信号，用户终端对该目标光信号进行解码。

本实施例的其他步骤与实施例二相同，此处不再赘述。

实施例四

本实施例与实施例三的区别在于，在实施例三的基础上，本实施例对LED发出的光信号的编码信息作进一步的说明。

本实施例在步骤S1中，将各LED在室内的位置进行编号，且制作编号与位置相对应的“编号-位置”表；在步骤S2中，编码信息为与该LED在室内的位置相关的编号；在步骤S3中，用户终端将光信号解调后获得编号；在步骤S4中，在位置表中查找步骤S3获得的编号，从“编号-位置”表中获得该编号对应的室内位置。

对每一个LED进行编号，使每个LED具有自己独有的编号，然后将LED的编号与其所在的室内位置相对应，制作“编号-位置”表，只需要找到编号即可从表中查找到该LED的位置。因此，当用户终端解调出光信号携带的编号后，根据编号即可在“编号-位置”表中查找到LED的位置，不必经过复杂计算，简化算法。

因此，本实施例的方法具体步骤如下：

S1、在室内布置多个LED，给每个LED进行编号，记录LED在室内的位置，制作LED的编号和其在室内的位置相对应的“编号-位置”表，以标注各个LED在室内地图上的位置；

S2、LED的芯片将与该LED在室内的固有位置相关的编号进行加密调制，将调制后的编号信息携带在特定波段的光信号上发出，光信号随LED发出的照明光在自由空间进行传输；特定波段的信号采用与一般常用的光信号相区别的特殊波长的光信号；

S3、光信号由用户终端的光电探测器获取，光电探测器在其探头端设置有滤光片，滤光片过滤掉杂散光波段的光信号，并从获取的光信号中提取特定波段的光信号，然后存储至芯片，然后分析在一段时间内出现的光信号，此一段时间的时长可自由设置，比如1秒。

若在该段时间内只接收到一个特定波段的光信号，则该光信号为目标光信号。若在该段时间内接收到多个特定波段的光信号，则需对这些特定波段的光信号进行判决，首先将只出现一次的特定波段的光信号排除，因为LED是连续发出光信号的，只出现一次的特定波段的光信号是由于反射等意外情况被用户终端接收到。然后检查同一光信号出现两次的时间间隔，若时间间隔与LED发出光信号的时隙间隔不等，则将该信号排除掉；最后对重复出现的特定波段的光信号的光强取其峰值为信号的取样幅值，比较各个信号的取样幅值的大小，选取其中取样幅值最大的光信号为目标光信号。最后，对目标光信号进行解调，得到其所携带的编号。

S4、在“编号-位置”表中查找该编号，得到对应的LED的位置，该位置即为用户终端所在的室内位置。

S5、在用户终端将室内地图及其在室内的位置进行图形化界面显示。

本实施例的其他方面与实施例三相同，此处不再赘述。

实施例五

本实施例与实施例四的区别在于，在实施例四的基础上，本实施例对LED在室内的位置的确定作进一步的说明。

本实施例以室内的某点为原点建立坐标系，LED所在的室内的相对位置信息为其在该坐标系中的坐标。LED在室内的位置表示为其在该室内坐标系中的坐标，方便位置的表示和确定，LED的编号与其坐标相对应。

本实施例首先获取室内的地图，建立坐标系，得到各LED的坐标，编制坐标表，该坐标表以x轴坐标、y轴坐标和z轴坐标为表头，根据LED的坐标，将该LED的坐标填到表格中对应的单元格中，然后将具有坐标的单元格的内容转化成编号，形成编号表。用户终端解调得到编号后，查找编号表中所有编号，找到该编号在编号表的对应单元格位置，从而可在坐标表中找到该单元格对应的坐标，进而在地图中找到编号对应的位置。

本实施例在步骤S4中，根据解码得到的编号与编号表中的所有编号进行对比，确认该编号在编号表中的位置，再将编号表与坐标表对应，编号表中的编号是与坐标表的LED的坐标是一一对应，可得到该编号代表的LED的坐标，从而得到LED在室内的位置。

如图7所示，以单层的室内空间为例。获取该室内空间的二维平面图，根据LED在室内的安装位置在二维平面图上的对应位置添加LED，建立坐标系，可得到各LED的坐标，制作横纵表头分别为x轴坐标和y轴坐标的坐标表，根据LED的坐标，将各坐标添加到坐标表的对应单元格中，然后将各个坐标替换成不重复的编号，转化成编号表。在建立室内坐标系后，根据LED在室内的位置，将LED的坐标与其编号一一对应，使得任一编号表中的数字都能在坐标表中找到与其对应的坐标。本实施例在在前期准备工作中，根据具体室内应用场合和室内LED分布情况预先制定LED的编号表以及对应的坐标表。坐标表和编号表可预存于用户终端中，或是用户终端进入该室内时进行获取。

本实施例的步骤S3、S4和S5的方法可通过算法实现，将步骤S3、S4和S5的算法集成在一个软件内，用户在手机上打开软件即可实现在其所处的室内进行定位。因此，总的来说，本实施例通过引入量子点光转换材料的LED发出特定波段的光信号，在特定波段的光信号上携带LED在室内固有位置的编号，通过手机上嵌设的光电探测器接收该特定波段的光信号并进行存储，根据是否是特定波段、是否重复出现、两次出现的时间间隔是否与LED发射光信号的时隙间隔相等对一段时间内接收到的光信号进行筛选，最后再从中挑选光强最大的光信号作为目标光信号进行解码，再根据解码得到的编号在室内地图上查找对应的LED，即可获得用户在室内的位置，最后通过图形化界面进行显示，方便用户查看。用户只需用手机在室内的LED下接收光信号，通过手机上嵌设的光电探测器和软件即可显示位置和查找操作，为其在所处的室内进行导航、追踪等。

本实施例的其他步骤与实施例四相同，此处不再赘述。

实施例六

本实施例与实施例五的区别在于，在实施例五的基础上，本实施例对定位精度作进一步的说明。

在本实施例中，通过调节LED光强的分布来控制定位精度。光强的分布是指在空间各方向的发光强度值。

LED的光强呈高斯分布，即中间强、周边逐渐变弱的光强分布模式，如图8所示。光电探测器可探测到的光强是固定的，因此，在特定的光电探测器的前提条件下，定位精度和LED的光强分布有关。光强分布越集中，光电探测器可探测到信号的范围越窄，即信号接收范围离LED的距离越近，也就是说定位精度越高；光强分布越分散，光电探测器可探测到信号的范围越宽，即信号接收范围离LED的距离越远，也就是说定位精度越低。因此，可通过控制LED的光强分布来控制定位精度。LED光强分布可通过LED的出光设计来控制。

本实施例的定位精度可根据实际需求进行调整，在定位精度要求较低的情况下可以设计较为分散的LED照射效果，在定位精度要求较高的情况下可以设计较为聚集的LED照射效果。

本实施例的其他方面与实施例五相同，此处不再赘述。

实施例七

本实施例提供一种基于可见光通信的室内定位系统，包括：

可见光发射设备，所述可见光发射设备包括LED，所述LED用于发射携带编码信息的光信号，所述编码信息包括该所述LED所在的室内的相对位置信息；

用户终端，所述用户终端包括光信号接收模块、存储模块、分析模块、解调模块和显示模块，所述光信号接收模块用于接收所述LED发射的光信号，所述存储模块用于存储接收到的光信号，所述分析模块用于对所述存储模块中存储的一段时间内的所有光信号进行筛选并选出其中重复出现且强度最大的一个光信号，所述解调模块用于将所述分析模块筛选出的光信号进行解调以生成发射该光信号的LED所在的室内的相对位置信息，所述显示模块用于显示室内地图并在室内地图上标记显示根据所述解调模块解调出的信息对应的位置。

具体地，还包括LED位置确定模块，所述LED位置确定模块用于获取室内地图，并在室内地图上标记LED所在的位置，同时，对各LED进行不重复编号，将编号与LED在室内的位置一一对应，制作编号与LED在室内的位置相对应的“编号-位置”表并进行存储。在用户终端开启定位时，发送“编号-位置”至用户终端。并且，LED发射的光信号上携带编码信息为该LED的编号。LED将其所在室内的位置信息的输入信号调制成光信号，并将调制信号通过发光过程传送给用户终端。LED位置确定模块将LED在室内的相对位置信息通过信号传输给LED，LED是信号发射装置，LED包括信号发射芯片，通过信号发射芯片控制光信号的发射。

可选地，用户终端为手机。光信号接收模块为光电探测器，存储模块和分析模块采用芯片，解调模块采用解调器，显示模块为手机的显示屏。用户只需手持手机，打开光电探测器，接收室内的LED发出的光信号，即可得到自己在该室内空间的位置，为其在室内进行定位、导航或追踪等。

进一步地，所述LED设有光转换结构，所述光转换结构包括量子点光转换材料层。LED既作为照明的光源，同时也作为光信号的发射端。在LED上引入量子点光转换材料层作为光转换结构，可使LED发出与普通商用荧光粉LED不能发出的特殊波段，以使用户终端更容易在接收到的光信号中区分LED发出的带有编码信息的光信号，且能降低干扰，提高信噪比，实现降低用户终端根据光信号确定自身所在室内位置的难度，进一步简化算法，提高定位速度和精度。量子点光转换材料层可为红光量子点光转换材料层或绿光量子点光转换材料层。本实施例采用红光量子点光转换材料层，使LED发出普通商用荧光粉LED光源所欠缺的红光波段，如630nm为峰值波长的波段，将该光波段混入原LED灯珠发出的白光当中，既可以作为照明，同时该红光光波段也用于携带LED位置相关的光信号。可选地，量子点光转换材料层为磷化铟层或硒化镉层。本实施例的LED的芯片为蓝光LED芯片，芯片包括衬底，量子点光转换材料层沉积在衬底上。

本实施例在所述光信号接收模块设置有滤光片，滤光片可过滤掉杂散光波段的光信号，使光信号接收模块只接收到某些波段的信号。本实施例的LED采用的量子点光转换材料层使其发出的红光光波段携带编码信息，因此，光信号接收模块设置的滤光片为红色滤光片，红色滤光片只能让红光通过，故此可减少光接收模块接收到的光信号，进而更容易选择其中LED发出的带有编码信息的光信号。本实施例的光信号接收模块采用光电探测器，滤光片设置在光电探测器的探头端。

另外，本实施例的所述光转换结构还包括荧光粉材料层，所述荧光粉材料层沉积在所述量子点光转换材料层的上方，先通过量子点光转换材料发红光，再通过荧光粉发黄光。荧光粉发出的黄光是用于普通照明的光波段，然而量子点发光材料发出的特殊波段的光是用于携带光信号，两者分工不同；结合带有带通滤光片的光电探测器，可以较好地过滤其他杂散光波段的光，降低误码率。荧光粉发出的黄光有利于室内照明舒适。

本实施例的系统可广泛用于大型地下步行街、商业中心、写字楼以及地下车库，用户可充分利用在各室内场景的LED，只要站在带有位置信息的LED底下，通过快速采集个LED的光信号，用户可以在手机终端快捷准确地获取定位信息，不需要大量的额外摄像头，用户仅需要利用集成有光电探测器、信息处理和存储装置的手机终端即可获取目标LED光源下的位置坐标，并通过软件在终端显示屏上获得用户所在的室内定位地点，也不需要使用成像等手段进行三维坐标计算，充分利用了光谱资源，既节约了额外设备又可快速满足用户在室内复杂环境定位的基本需求。相比传统室内定位技术，本定位方法中信息端与传统比较由三个定位相关装置转为一个光源，设备数量的减少和简单特性使得定位系统的可靠性和稳定性得到提升，也有助于后续接收端更加高效快捷地处理信息。

综上，本发明实施例提供一种基于可见光通信的室内定位及系统，其通过在室内布置多个LED，每个LED安装后，LED在室内的位置是固定的，因此可在室内的地图上标注各个LED的位置，在定位时，只需要找到用户终端所在的或距离其最近的LED，根据该LED在室内地图上的位置，即可得到用户在室内的位置。本发明在室内建立坐标系，每个LED在室内的位置用坐标表示，并对各LED进行不重复编号，使每个LED具有独有的编号，每个编号对应一个坐标。LED发射载有编码信息的光信号，编码信息包括该LED在室内的相对位置，而不是LED在地球上的绝对位置信息，可使用户终端只需要根据对接收到光信号进行解码后得到的信息在室内地图中查找，找到对应的LED即可获得用户所在室内的位置，不需要摄像头获取图像以及进行三维计算，算法简单，处理速度快，且受干扰小，准确度高。本发明的编码信息为LED独有的编号。本发明将每个LED发出光信号的时隙间隔设置成相等时长，并使每个LED初次发出光信号的时间有先后顺序，避免多个LED同时发出的光信号产生叠加，防止用户终端无法接收到LED发出的光信号或者错误解码。但由于室内设置有多个LED及其他设备，用户终端会同时接收到多个光信号，所以首先需要从中筛选出距离用户最近的LED发出的光信号。本发明在LED上引入量子点光转换材料，让LED发出特殊的光波段来携带编码信息，降低用户终端筛选出目标光信号的难度。在筛选过程中，首选排除掉特定波段以外的光信号。然后，因为LED也作为照明光源，在使用时是始终开启的，所以LED会重复发送光信号，因此本发明在筛选光信号时，挑选在一段时间内重复出现的光信号，可排除因为反射等意外出现的光信号，并且检查同一信号两次出现的时间间隔，排除掉时间间隔与LED设置的发出光信号的时隙间隔不相等的光信号，最后根据距离越近，信号强度越大的原理，挑选出的强度最大的光信号即是距离用户终端最近的LED发出的光信号，将该信号作为目标光信号进行解码，得到发出该信号的LED的编号，根据编号查找到该LED的坐标，进而确定该LED在室内的位置，从而确定用户终端所在的室内位置。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于可见光通信的室内定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、在室内布置多个LED，并制作标注各LED位置的室内地图；

S2、通过LED发出载有编码信息的光信号，编码信息包括该LED所在的室内的相对位置信息；

S3、用户终端接收光信号并存储，对一个时间段内接收到的光信号进行分析，从中筛选出一个重复出现且强度最大的光信号，作为目标光信号，将该目标光信号进行解调，获得距离用户终端最近的LED的位置信息；

S4、根据用户终端获得的LED的位置信息在室内地图上查找相对应的LED，获得用户终端所在的室内位置。

2.根据权利要求1所述的基于可见光通信的室内定位方法，其特征在于，在步骤S2中，LED发出的携带编码信息的光信号是特定波段的光信号；在步骤S3中，用户终端从接收到的特定波段的光信号中提取强度最大的LED发出的光信号。

3.根据权利要求2所述的基于可见光通信的室内定位方法，其特征在于，LED采用引入量子点光转换材料的LED，使LED发出特定波段的光信号。

4.根据权利要求1所述的基于可见光通信的室内定位方法，其特征在于，LED两次发出光信号之间有时隙间隔，且各LED的时隙间隔相等，室内设置的LED初次发出光信号的时间具有前后顺序。

5.根据权利要求1所述的基于可见光通信的室内定位方法，其特征在于，在步骤S1中，将各LED在室内的位置进行编号，且制作编号与位置相对应的“编号-位置”表；在步骤S2中，编码信息为与该LED在室内的位置相关的编号；在步骤S3中，用户终端将光信号解调后获得编号；在步骤S4中，在位置表中查找步骤S3获得的编号，从“编号-位置”表中获得该编号对应的室内位置。

6.根据权利要求1所述的基于可见光通信的室内定位方法，其特征在于，通过调节LED光强的分布来控制定位精度。

7.一种基于可见光通信的室内定位系统，其特征在于，包括：

可见光发射设备，所述可见光发射设备包括LED，所述LED用于发射携带编码信息的光信号，所述编码信息包括该所述LED所在的室内的相对位置信息；

用户终端，所述用户终端包括光信号接收模块、存储模块、分析模块、解调模块和显示模块，所述光信号接收模块用于接收所述LED发射的光信号，所述存储模块用于存储接收到的光信号，所述分析模块用于对所述存储模块中存储的一段时间内的所有光信号进行筛选并选出其中重复出现且强度最大的一个光信号，所述解调模块用于将所述分析模块筛选出的光信号进行解调以生成发射该光信号的LED所在的室内的相对位置信息，所述显示模块用于显示室内地图并在室内地图上标记显示根据所述解调模块解调出的信息对应的位置。

8.根据权利要求7所述的基于可见光通信的室内定位系统，其特征在于，所述LED设有光转换结构，所述光转换结构包括量子点光转换材料层。

9.根据权利要求8所述的基于可见光通信的室内定位系统，其特征在于，所述光信号接收模块设置有滤光片。

10.根据权利要求8所述的基于可见光通信的室内定位系统，其特征在于，所述光转换结构还包括荧光粉材料层，所述荧光粉材料层沉积在所述量子点光转换材料层的上方。

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