本發(fā)明屬于可見光通信(visiblelightcommunication,vlc)技術(shù)領(lǐng)域，涉及可見光定位(visiblelightlocalization,vll)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，具體涉及一種新型發(fā)光二極管(lightemittingdiode,led)陣列，以及基于此方法的高精度室內(nèi)可見光定位系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著近年來信息技術(shù)的快速進步及移動設(shè)備的廣泛推廣，搭載于移動端的定位服務(wù)日益成為人們生活的重要輔助工具。尤其是近年來移動互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，使得人們的衣食住行都不可避免地與互聯(lián)網(wǎng)發(fā)生聯(lián)系，也即催生了以互聯(lián)網(wǎng)為入口的基于位置的服務(wù)(locationbasedservices，lbs)。精準(zhǔn)的室內(nèi)定位技術(shù)，可以為人們在超市、商場等多種室內(nèi)場合提供便利，在幫助人們快速定位的同時，也蘊含著巨大的商機。

目前尚沒有一種技術(shù)能夠在不改造普通的移動設(shè)備的同時就實現(xiàn)精確的室內(nèi)定位：wifi和其他rf類型的方法提供數(shù)米精度的無向定位，使得該技術(shù)無法在像零售店這樣需要精確導(dǎo)航的情形下使用；全球定位系統(tǒng)(globalpositioningsystem，gps)也由于室內(nèi)存在無線射頻信號的干擾，并且接收的信號強度十分微弱，因此存在很大的定位誤差。在這種情況下，可見光室內(nèi)定位技術(shù)(visiblelightlocalization,vll)應(yīng)運而生，并得到國內(nèi)外許多學(xué)者的關(guān)注。

要實現(xiàn)高精度定位，現(xiàn)有算法只有三角測量法和圖像傳感器法；toa(timeofarrival)相關(guān)的算法基于多燈且要求燈之間嚴(yán)格同步，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜；圖像傳感器法要求同一圖片中必須有兩盞及以上的led達到高精度的定位，可操作性差?，F(xiàn)有的基于led陣列色溫的定位方案空間角度劃分粒度較大(一般為3色)，定位精度提升有限。利用特殊設(shè)計的led陣列可大大降低空間角度劃分粒度，從而高效提升定位精度。

傳統(tǒng)led信號檢測方案中，分米級別高精度定位研究幾乎都是基于多l(xiāng)ed燈，但是led的主要功能是照明，其次才是定位。因此實際中決定led燈布局的首要因素是照明和節(jié)能的訴求，故在pd或圖像傳感器的可視范圍之內(nèi)，只存在單個led燈的概率將會非常高。研究如何基于單個led燈或單個led陣列實現(xiàn)高精度定位具有理論和實用雙重價值。

據(jù)報道蘋果公司有可能在其新一代的移動終端產(chǎn)品采用光電二極管(photodiode,pd)，pd可以用于可見光通信以及定位，其檢測精度較高，且檢測算法簡單，通過移動終端實現(xiàn)可見光的定位是未來的趨勢。目前的主流智能終端已集成了多種傳感器，它們能實時提供終端的速度、姿態(tài)等信息。通過精心設(shè)計的算法，可以將這些信息與led定位所得到的空間信息融合以提升定位的精度。

本發(fā)明所描述的系統(tǒng)和所提出的技術(shù)，是基于上文所述集成了pd和多種傳感器的智能移動終端，以及特殊設(shè)計的led陣列實現(xiàn)的高精度vll定位系統(tǒng)和技術(shù)。通過合理設(shè)計led發(fā)射碼型，可以有效抑制室內(nèi)其他背景光噪聲的干擾，提高定位精度，優(yōu)于傳統(tǒng)方案。算法融合了手機終端的其它傳感器(慣導(dǎo)系統(tǒng))，尋求多種技術(shù)的互補來完善系統(tǒng)性能，具有很大應(yīng)用潛力。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

如上所述，采用單個led的定位精度較低，而采用兩盞及以上led的定位技術(shù)復(fù)雜度較高、可操作性差。本發(fā)明的目的在于針對以上問題，提出一種新型led陣列設(shè)計方案，該新型led陣列可實現(xiàn)多區(qū)域的精確定位；并采用了特殊的調(diào)制方案發(fā)送各區(qū)域的身份信息以抑制相鄰led單元之間的串?dāng)_，有效提高了定位精度，并降低了定位算法的復(fù)雜度；最終基于該方法提出了一種新型可見光定位系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種新型的led陣列發(fā)射模塊(以下簡稱led陣列)，其特征在于，包括在一平面或曲面上按照一定間距分布著諸多具有不同發(fā)散角和傾角呈現(xiàn)特定排列圖案的led基本單元，組成led陣列，各led基本單元的發(fā)散角、傾角使用本發(fā)明提出的算法根據(jù)所需照明高度和范圍確立。該led陣列發(fā)射模塊被劃分為若干個led子陣列，各led子陣列由若干led基本發(fā)射單元組成，以可見光的形式發(fā)送不同的定位信號。其中，定位信號為led陣列身份信息經(jīng)過編碼后在各個led子陣列中采用正交調(diào)制得到的信號，每個led陣列中的各個led子陣列的時域發(fā)射信號是正交的。對于同一個led陣列中的每一個led子陣列，它發(fā)送的信號既含有所在led陣列的身份信息，又含有代表自身在led陣列中位置的led子陣列身份信息。

將多個led陣列按照一定間隔排布，不同led陣列的身份信息不同，不同led陣列中的子陣列的定位信息可以復(fù)用。led子陣列的定位信息是用于區(qū)分處于同一個陣列中的不同子陣列的身份信息，和led陣列的身份信息不同。復(fù)用是指，對于某led陣列中的led子陣列a，和另一個led陣列中的某led子陣列b，由于它們含有的led陣列的身份信息不同，可以直接根據(jù)led陣列信息區(qū)分這兩個子陣列，因此子陣列a和b在所在led陣列中的位置信息可以相同，即為復(fù)用。在本發(fā)明中的實施例中，led子陣列的身份信息是以頻率信息來體現(xiàn)的，因此復(fù)用的是頻率信息。

建立好led基本發(fā)射單元的身份信息和坐標(biāo)一一對應(yīng)的室內(nèi)地圖，此地圖將精確定位至led陣列中單個led子陣列的照明區(qū)域。

pd接收模塊，可接收檢測led基本發(fā)射單元發(fā)送的可見光調(diào)制信息。該pd接收模塊可裝配在移動設(shè)備上并后接信號采集和處理模塊。當(dāng)接收到可見光后通過信號處理技術(shù)得到相應(yīng)的led陣列身份信息。

查找地圖中與所得led陣列光源身份信息對應(yīng)位置的坐標(biāo)，并將該位置坐標(biāo)對應(yīng)到圖形界面上實現(xiàn)導(dǎo)航功能。

進一步地，新型的led陣列發(fā)射模塊被劃分為若干個區(qū)域，每一區(qū)域?qū)?yīng)一led子陣列，各區(qū)域以可見光的形式發(fā)送不同的定位信息包括：

1)已確定照明區(qū)域形狀(如正圓形、正方形)的led陣列遵循特定的劃分規(guī)則(如子照明區(qū)域面積等分)被分割為多個按照一定規(guī)律排列的led子陣列，每個子陣列在地面上產(chǎn)生一個子照明區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明提出的方案進行進一步設(shè)計，確定子陣列內(nèi)部的多個led基本單元的排列方式；

2)同一子陣列中的led基本單元使用相同的身份信息(led陣列身份信息id)以及調(diào)制方式；

3)對每個led基本單元進行改裝，使之能以可見光形式發(fā)送不同信息，將編碼調(diào)制完畢的信號通過led發(fā)送。

進一步地，已確定照明區(qū)域形狀(如正圓形、正方形)的led陣列遵循特定的劃分規(guī)則(如子照明區(qū)域面積等分)被分割為多個按照一定規(guī)律排列的led子陣列包括：

1)根據(jù)實際應(yīng)用場景確定led陣列照明區(qū)域的形狀和面積，在此基礎(chǔ)上將led陣列劃分為若干相互不重疊的子陣列，每個子陣列中有若干相鄰的led基本單元。各子陣列發(fā)光區(qū)域的形狀、面積和密度分布根據(jù)所需定位精度設(shè)計，并由此決定子陣列內(nèi)每個led基本單元的基本發(fā)光區(qū)域形狀及面積的大??；

2)同一子陣列中l(wèi)ed基本單元的基本發(fā)光區(qū)域相連后構(gòu)成子陣列的發(fā)光區(qū)域，此發(fā)光區(qū)域為連續(xù)的即區(qū)域內(nèi)無陰暗區(qū)域。

3)同一陣列中子陣列的發(fā)光區(qū)域相連構(gòu)成陣列發(fā)光區(qū)域，該區(qū)域亦為連續(xù)的。

進一步地，本發(fā)明提出的確定子陣列內(nèi)部多個led基本單元排列方式的方案包括：

1)每個led基本單元發(fā)射可見光時都具有一些重要的參數(shù)：發(fā)散角θ、傾角根據(jù)以上兩個角度參數(shù)和led發(fā)射單元相對地面的高度h即可確定led基本單元在地面上的發(fā)光區(qū)域(以下稱：基本發(fā)光區(qū)域)的坐標(biāo)范圍，其面積為s；

2)由于led基本單元的尺寸和相對地面的高度h以及投影區(qū)域面積相比可忽略不計，可將led陣列視作平面光源；

3)在實際應(yīng)用中，根據(jù)led陣列高度h和led陣列中各led基本單元對應(yīng)的發(fā)光區(qū)域的分布情況，可確定各led基本單元的發(fā)散角θ和傾角以及三維坐標(biāo)系中的具體坐標(biāo)。

進一步地，根據(jù)布燈高度h和各led基本單元對應(yīng)的發(fā)光區(qū)域的分布情況，可確定各led基本單元的發(fā)散角θ和傾角以及三維坐標(biāo)系中的具體坐標(biāo)包括：

1)每個基本發(fā)光區(qū)域可等效為一個圓錐體，led基本單元等效為圓錐體的頂點，基本發(fā)光區(qū)域為一個橢圓形區(qū)域；

2)基本發(fā)光區(qū)域的形狀、大小和位置與其發(fā)散角θ和傾角以及每個led基本單元的位置相對應(yīng)，可等效為水平面和一傾角為頂點和水平面垂直距離為h且頂角為θ的圓錐相切形成的切面。其位置與h和led基本單元的位置，即圓錐體頂點的位置相對應(yīng)，形狀和大小由h、發(fā)散角θ和傾角決定；

3)其中，h可由實施場地實際情況決定，根據(jù)需要的亮度和定位精度確定所需s的大小，通過解析幾何計算出對應(yīng)的發(fā)散角θ和傾角以及每個led基本單元的位置坐標(biāo)。

進一步地，led陣列身份信息經(jīng)編碼后在各個led子陣列中采用正交調(diào)制得到定位信號包括：

1)對于任意一個led陣列中的任意一個led子陣列，其包含的所有l(wèi)ed基本單元均由相同的用于標(biāo)識該led子陣列及其所在led陣列的定位信號驅(qū)動；

2)同一led陣列中的不同led子陣列采用正交調(diào)制的方法，將所在led陣列的身份信息轉(zhuǎn)換為驅(qū)動led基本單元的定位信號，本發(fā)明提出以下兩種調(diào)制和組幀方案：

a.定位信號的幀結(jié)構(gòu)一如圖1所示：

i.led陣列身份信息經(jīng)二值化變?yōu)楣潭ㄩL度的0、1序列，序列中符號0和符號1時域上的持續(xù)時間相等。

ii.對0、1序列進行調(diào)制得到定位信號，其中，符號0和符號1采用不同的調(diào)制方式，分別為調(diào)制方式0和調(diào)制方式1，符號0通過調(diào)制方式0調(diào)制為調(diào)制信號0，符號1通過調(diào)制方式1調(diào)制為調(diào)制信號1，其中調(diào)制方式0和調(diào)制方式1之間相互正交以便區(qū)分，調(diào)制所得調(diào)制信號0和調(diào)制信號1為正交信號。則定位信號由若干個調(diào)制信號0和調(diào)制信號1組成，同一led陣列中的不同led子陣列的定位信號彼此正交，而不同led陣列中的定位信號無需正交。

b.定位信號的幀結(jié)構(gòu)二如圖2所示：

i.led陣列身份信息經(jīng)二值化變?yōu)楣潭ㄩL度的0、1序列，所有l(wèi)ed陣列身份信息序列中符號0和符號1在時域上的持續(xù)時間均相等。

ii.在0、1序列后拼接時域上持續(xù)時間相等、具有特定頻率的信號(如正弦信號、方波信號)即得到持續(xù)時間固定的定位信號。同一led陣列中的不同led子陣列使用不同頻率的信號，而不同led陣列使用的頻率可復(fù)用。

3)將根據(jù)上述調(diào)制和組幀方案得到的定位信號作為led基本單元的驅(qū)動信號循環(huán)發(fā)送，從而將定位信息包含在了led基本單元發(fā)送的可見光信號中。

進一步地，pd接收模塊接收檢測led發(fā)射模塊發(fā)送的可見光調(diào)制信息包括：

1)在pd接收模塊后端接信號采集和處理設(shè)備，使之在接收到可見光信號時，可通過信號處理技術(shù)得到相應(yīng)的信號幅度和頻率信息；

2)將改裝后的pd接收模塊裝配到移動設(shè)備上；

3)將移動設(shè)備放置于led陣列的發(fā)光區(qū)域內(nèi)，pd接收模塊可接收led陣列的光信號并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。

進一步地，pd接收模塊接收可見光信號并通過信號處理技術(shù)得到相應(yīng)的定位信息包括：

1)針對本發(fā)明提出的兩種調(diào)制和組幀方案，采取不同的處理方式：

a.若定位信號使用幀結(jié)構(gòu)一：

i.對pd接收得到的可見光信號進行正交解調(diào)處理，此過程可得到包含led陣列身份信息的二進制序列及用于區(qū)分led子陣列的正交調(diào)制參數(shù)(如fsk調(diào)制中頻率參數(shù))。

ii.從二進制序列中提取對應(yīng)led陣列的身份信息。

b.對于使用幀結(jié)構(gòu)二的定位信號：

i.提取pd接收得到的可見光信號幀結(jié)構(gòu)中第二部分信號的頻率用于區(qū)分led子陣列，同時提取幀結(jié)構(gòu)中第一部分包含led陣列身份信息的二進制序列。

ii.從二進制序列中提取對應(yīng)led陣列的身份信息。

2)將解調(diào)所得用于區(qū)分led子陣列的信息作為led子陣列的身份信息，并與led陣列身份信息組成光源身份信息。

進一步地，查找地圖中與所得光源身份信息對應(yīng)位置的坐標(biāo)，并將該位置坐標(biāo)對應(yīng)到圖形界面上實現(xiàn)導(dǎo)航功能包括：

1)將解調(diào)所得光源身份信息發(fā)送給服務(wù)器；

2)從服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫查找該身份信息組合對應(yīng)的位置坐標(biāo)，先通過led陣列身份信息查找到led陣列，再通過led子陣列身份信息查找到led陣列中對應(yīng)子陣列的位置坐標(biāo)；

3)將位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)傳送給移動設(shè)備圖形界面，并顯示在地圖上。

一種基于led陣列的可實現(xiàn)多區(qū)域精確定位的新型可見光定位系統(tǒng)，包括：光源，用于以陣列形式在陣列不同區(qū)域發(fā)出經(jīng)過調(diào)制的含有不同身份信息的可見光；基于可見光的室內(nèi)定位裝置，用于接收光源發(fā)送的可見光并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，運用信號處理方法將信號解調(diào)成光源led基本單元的身份信息，并查找地圖中與該身份信息相對應(yīng)的位置信息，獲取當(dāng)前位置。

所述光源包括：id發(fā)生器，循環(huán)產(chǎn)生led的id信號；控制器，用于對光源傳輸?shù)男畔⑦M行調(diào)制，并根據(jù)調(diào)制好的信號產(chǎn)生驅(qū)動信號用以驅(qū)動光源發(fā)送調(diào)制后的光脈沖信號。

進一步地，控制器采用一定編碼方式對led陣列的身份信息進行編碼，并采用正交調(diào)制的方式對每個led子陣列的身份信息進行調(diào)制，并將此格式的待發(fā)送信號作為驅(qū)動信號，驅(qū)動led以光信號的形式發(fā)送經(jīng)過調(diào)制編碼后的身份信息。

所述基于可見光的室內(nèi)定位裝置包括：移動設(shè)備，用于接收光源發(fā)送的可見光并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，運用信號處理方法將信號解調(diào)成光源led基本單元的身份信息；服務(wù)器，用于查找地圖中與光源身份信息對應(yīng)的位置，作為當(dāng)前位置，并將當(dāng)前位置以坐標(biāo)形式發(fā)送給移動設(shè)備，在移動設(shè)備的地圖上顯示。

進一步地，移動設(shè)備上裝置pd接收器，將led陣列發(fā)送的可見光轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號后，通過解調(diào)算法對數(shù)字信號進行解調(diào)，解調(diào)出led基本單元的身份信息，led基本單元的身份信息與地圖上的位置坐標(biāo)一一對應(yīng)；移動設(shè)備可與服務(wù)器通信，或?qū)ed基本單元的身份信息對應(yīng)的坐標(biāo)信息存儲在移動設(shè)備的存儲器中，將當(dāng)前位置對應(yīng)的位置坐標(biāo)顯示在移動設(shè)備的地圖上，實現(xiàn)導(dǎo)航定位。

與現(xiàn)有方法相比，本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果如下：

新型led陣列可以實現(xiàn)多區(qū)域的精確定位，定位的精度可以大大提高，同時由于解調(diào)算法復(fù)雜度低，可實現(xiàn)高效定位；并且由于led陣列的圖案和各個led基本單元的參數(shù)都可根據(jù)實際應(yīng)用場景調(diào)節(jié)，本發(fā)明的可調(diào)節(jié)度很高，可以在許多場景中靈活應(yīng)用；此外，通過相鄰區(qū)域采用正交編碼的方法，可以使得相鄰區(qū)域交疊部分錯誤率降低，有效提高了可見光定位結(jié)果的精確性。本發(fā)明適用于需要分區(qū)域精確定位的大型停車場、商場等場所的可見光定位。

附圖說明

圖1為本發(fā)明定位信號的幀結(jié)構(gòu)一。

圖2為本發(fā)明定位信號的幀結(jié)構(gòu)二。

圖3為實施例的基于可見光的室內(nèi)定位系統(tǒng)示意圖。

圖4為實施例的基于可見光的室內(nèi)定位系統(tǒng)光源示意圖。

圖5為光源在地面產(chǎn)生發(fā)光區(qū)域示意圖。

圖6為組成實施例的光源的led基本單元的構(gòu)成示意圖。

圖7給出了解算led基本單元發(fā)散角、傾角的方法原理圖。

圖8為實施例的一種led陣列圖案設(shè)計示意圖。

圖9為實施例的另一種led陣列圖案設(shè)計示意圖。

圖10為實施例的另一種led陣列圖案設(shè)計示意圖。

圖11為實施例的另一種led陣列圖案設(shè)計示意圖。

圖12為實施例的一種led陣列的身份信息分布；

(a)為實施例的led陣列1的身份信息；(b)為實施例的led陣列2的身份信息。

圖13為實施例的一種led陣列的身份信息序列的結(jié)構(gòu)。

圖14為基于幀結(jié)構(gòu)1的實施例的一種led陣列內(nèi)部的子陣列身份信息分布。

圖15為基于幀結(jié)構(gòu)2的實施例的一種led陣列內(nèi)部的子陣列身份信息分布。

圖16為身份信息序列的波形圖；

(a)為圖12(a)中l(wèi)ed陣列的身份信息序列的波形圖；(b)為圖12(b)中l(wèi)ed陣列的身份信息序列的波形圖。

圖17為載波波形圖；

(a)為圖14中l(wèi)ed子陣列1在幀結(jié)構(gòu)1中身份信息為1時的載波波形圖；(b)為圖14中l(wèi)ed子陣列1在幀結(jié)構(gòu)1中身份信息為0時的載波波形圖；(c)為圖14中l(wèi)ed子陣列2在幀結(jié)構(gòu)1中身份信息為1時的載波波形圖；(d)為圖14中l(wèi)ed子陣列2在幀結(jié)構(gòu)1中身份信息為0時的載波波形圖。

圖18定位信號波形圖；

(a)為圖12中l(wèi)ed陣列1的身份信息序列經(jīng)過圖17(a)中載波調(diào)制后所產(chǎn)生的用于驅(qū)動led的定位信號波形圖；(b)為圖12中l(wèi)ed陣列2的身份信息序列經(jīng)過圖17(b)中載波調(diào)制后所產(chǎn)生的用于驅(qū)動led的定位信號波形圖。

圖19為信號波形圖；

(a)為圖12中l(wèi)ed子陣列1中的基本單元經(jīng)過圖18(a)中驅(qū)動信號驅(qū)動后發(fā)射的信號波形圖；(b)為圖12中l(wèi)ed子陣列2中的基本單元經(jīng)過圖18(b)中驅(qū)動信號驅(qū)動后發(fā)射的信號波形圖。

圖20為接收端對幀結(jié)構(gòu)1身份信息解調(diào)解碼的流程圖。

圖21為接收端對幀結(jié)構(gòu)2身份信息解調(diào)解碼的流程圖。

圖22為服務(wù)器中存儲根據(jù)光源身份信息和發(fā)光區(qū)域坐標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系建立起來的樹狀圖結(jié)構(gòu)；

(a)為led陣列1身份信息和發(fā)光區(qū)域坐標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系樹狀圖；(b)為led陣列2身份信息和發(fā)光區(qū)域坐標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系樹狀圖。

圖23為當(dāng)前位置與led子陣列的對應(yīng)示意圖。

圖24為已知一光源身份信息時，在服務(wù)器中查找當(dāng)前位置的示意圖。

具體實施方式

下面通過具體實施例，并配合附圖，對本發(fā)明做詳細的說明。

圖3是本發(fā)明實施例基于的可見光室內(nèi)定位系統(tǒng)示意圖，包括光源和接收設(shè)備。

該光源的示意圖如圖4所示，由多個led基本單元組成led陣列，陣列按照一定規(guī)律被分為多個子陣列。

該光源在地面產(chǎn)生發(fā)光區(qū)域如圖5所示，每個led子陣列在地面上產(chǎn)生一個子陣列發(fā)光區(qū)域，相鄰發(fā)光區(qū)域有少部分交疊。

組成該光源的led基本單元的構(gòu)成如圖6所示。

使用如下算法解算led基本單元的發(fā)散角、傾角，相應(yīng)的原理圖如圖7所示。設(shè)led基本單元的坐標(biāo)為(x0，y0，z0)，光線法線方向與z軸及x軸的夾角分別為和α，led基本單元發(fā)散角為θ，地面為xoy平面，光線法線方向與地面的交點為(x1，y1，0)，在地面上的投影區(qū)域如圖中所示，(x2，y2，0)為投影區(qū)域邊界上的點。

z0為led基本單元距離地面的高度，可計算得出交點的坐標(biāo)：

在此基礎(chǔ)上，根據(jù)發(fā)散角的定義得出發(fā)散角、傾角、led基本單元坐標(biāo)和投影區(qū)域邊界坐標(biāo)的關(guān)系：

以最簡單的情況為例，當(dāng)led基本單元垂直照明時，上述公式簡化為：

此時，投影區(qū)域邊界符合公式：

基于此種方法，可以根據(jù)不同的場景需求設(shè)計led陣列中的各led基本單元的投影區(qū)域的坐標(biāo)及大小，具有極高的適應(yīng)性。

根據(jù)上述算法，可由所需led子陣列發(fā)光區(qū)域計算出led子陣列中各基本單元的位置坐標(biāo)、傾角和發(fā)散角。其中l(wèi)ed子陣列的發(fā)光區(qū)域的面積和形狀需要根據(jù)實際情況設(shè)計。

圖8為實施例的一種led陣列圖案設(shè)計示意圖，其中各個區(qū)域的面積相等，內(nèi)圓和外圓半徑比為1：3。

圖9為實施例的另一種led陣列圖案設(shè)計示意圖，其中各個區(qū)域的面積相等，由內(nèi)而外圓的半徑比為1：

圖10為實施例的另一種led陣列圖案設(shè)計示意圖，其中各個區(qū)域的面積相等，led陣列的形狀為正方形。此種led陣列設(shè)計方案的主要優(yōu)點是可以完整且無重疊地覆蓋一片區(qū)域，且實現(xiàn)難度較低。

圖11為實施例的另一種led陣列圖案設(shè)計示意圖，其中各個區(qū)域的面積相等，led陣列的形狀為正六邊形。此種led陣列設(shè)計方案的主要優(yōu)點是可以完整且無重疊地覆蓋一片區(qū)域，且定位精度較高。

舉例說明led陣列的身份信息分布，如圖12所示，led陣列1的身份信息id1為00001010，led陣列2的身份信息id2為00000101，不同的led陣列對應(yīng)不同的身份信息序列以實現(xiàn)相互的區(qū)分。

led陣列的身份信息編碼和組幀方法：

led陣列的身份信息發(fā)送序列的結(jié)構(gòu)如圖13所示，由同步頭和信息序列組成。其中同步頭為0000，信息序列為曼徹斯特(manchester)編碼后的ook調(diào)制身份序列，因為曼徹斯特編碼蘊含時鐘信息，且01交替緊密，不會出現(xiàn)長串的0或1，方便解調(diào)。信息序列的長度根據(jù)所需led陣列的數(shù)量而定，2k長度的信息序列可容納2^k個led身份信息。

舉例說明led陣列內(nèi)部的子陣列身份信息分布：

對于發(fā)明的幀結(jié)構(gòu)1，如圖14所示，采用頻移鍵控(fsk)方法，對任意一個led陣列中的任意一個led子陣列，其包含的所有l(wèi)ed基本單元均使用相同調(diào)制頻率(即子陣列調(diào)制頻率)對led陣列的身份信息進行調(diào)制，而不同的led子陣列對應(yīng)不同的子陣列調(diào)制頻率。圖14中l(wèi)ed子陣列1符號1的調(diào)制頻率f1為1khz，符號0的調(diào)制頻率f2為1.5khz，led子陣列2的符號1的調(diào)制頻率f3為2khz，符號0的調(diào)制頻率f4為2.5khz。

對于發(fā)明的幀結(jié)構(gòu)2，如圖15所示，在led陣列的身份信息序列后拼接不同頻率的正弦信號，即得到定位信號。其中，對任意一個led陣列中的任意一個led子陣列，其包含的所有l(wèi)ed基本單元均使用相同調(diào)制頻率(即子陣列調(diào)制頻率)調(diào)制的正弦信號，而不同的led子陣列對應(yīng)不同的子陣列調(diào)制頻率。圖15中l(wèi)ed子陣列1的調(diào)制頻率f1為1khz，led子陣列2的調(diào)制頻率f2為2khz。

led子陣列的身份信息調(diào)制方法：

對于發(fā)明的幀結(jié)構(gòu)1，led子陣列采用fsk方法，將led子陣列所在led陣列的身份信息序列經(jīng)過fsk調(diào)制轉(zhuǎn)換成高頻信號。其中，序列中的符號1調(diào)制成頻率為f1持續(xù)時間為t的正弦信號，符號0調(diào)制成頻率為f0持續(xù)時間為t的正弦信號。同一led子陣列中的led基本單元使用相同的調(diào)制頻率f1和f0，不同led子陣列中的基本單元使用不同的調(diào)制頻率f1和f0，且對同一led子陣列中的基本單元，f1不等于f0。

對于發(fā)明的幀結(jié)構(gòu)2，將led陣列的身份信息序列經(jīng)過ook調(diào)制轉(zhuǎn)換成方波信號。其中，符號1和符號0的持續(xù)時間均為ts0，ts0為一固定值。在上述方波信號后拼接持續(xù)時間為ts1、調(diào)制頻率為fk的方波信號。其中，同一led子陣列中的led基本單元的fk相同，不同led子陣列中的基本單元fk不同，不同的led陣列中的子陣列使用的調(diào)制頻率fk可復(fù)用，ts1為一固定值。

由于人眼可識別的頻率為100hz，故本實施例中取調(diào)制頻率的范圍為100hz～fs，其中fs為接收機采樣頻率，調(diào)制頻率應(yīng)小于采樣頻率。頻率間隔δf根據(jù)所需led子陣列的數(shù)目n確定：

δf＝(fs-100hz)/n

圖16為圖12中l(wèi)ed陣列的身份信息序列的波形圖。

圖17(a)為圖14中l(wèi)ed子陣列1在幀結(jié)構(gòu)1中的載波波形圖。其中f1為身份信息為1時的頻率，f2為身份信息為0時的頻率。

圖17(b)為圖14中l(wèi)ed子陣列2在幀結(jié)構(gòu)1中的載波波形圖。其中f3為身份信息為1時的頻率，f4為身份信息為0時的頻率。

圖18(a)為圖12中l(wèi)ed陣列1的身份信息序列經(jīng)過圖17(a)中載波調(diào)制后所產(chǎn)生的用于驅(qū)動led的定位信號波形圖。

圖18(b)為圖12中l(wèi)ed陣列2的身份信息序列經(jīng)過圖17(b)中載波調(diào)制后所產(chǎn)生的用于驅(qū)動led的定位信號波形圖。

圖19(a)為圖12中l(wèi)ed子陣列1中的基本單元經(jīng)過圖18(a)中驅(qū)動信號驅(qū)動后發(fā)射的信號波形圖。

圖19(b)為圖12中l(wèi)ed子陣列2中的基本單元經(jīng)過圖18(b)中驅(qū)動信號驅(qū)動后發(fā)射的信號波形圖。

led子陣列排列分布方式可以根據(jù)需求按照圖7中所示方案進行設(shè)計。在led子陣列投影重疊區(qū)域，通過比較兩個頻率分量的幅度大小獲知對應(yīng)的led子陣列。不同的led陣列中l(wèi)ed子陣列使用的頻率是可復(fù)用的。

接收設(shè)備包括移動設(shè)備和服務(wù)器。其中移動設(shè)備用于接收光源發(fā)送的可見光并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，運用信號處理方法將信號解調(diào)成光源led基本單元的身份信息。移動設(shè)備包括：pd，單片機，移動終端。

pd用于接收光源發(fā)送的可見光，并將其轉(zhuǎn)化為電信號，以便后續(xù)的數(shù)字信號處理。其主要參數(shù)是靈敏度和接收面積。理論上靈敏度越高，接收面積越大，pd的性能越好。實際應(yīng)用時需要考慮美觀性和便攜性，通常接收面積很小，在平方毫米量級。

單片機用于將pd轉(zhuǎn)化后的信號運用信號處理方法解調(diào)成光源led基本單元的身份信息，并將身份信息發(fā)送到服務(wù)器。本發(fā)明的實施例中使用的解調(diào)方法復(fù)雜度較低，且在兩個區(qū)域信號交疊的部分可正確解調(diào)出光源的身份信息。

led陣列身份信息的解調(diào)方式：

對于發(fā)明的幀結(jié)構(gòu)1，在收端接收到fsk信號后，先通過信號處理方法將接收到的信號二值化為二進制序列，考慮到led陣列及子陣列間均存在投影區(qū)域交疊的情況，故接收到的信號中含有多個頻率成分。首先通過對接收到的序列進行fft處理得到信號的頻譜，幅度最高的兩個頻率成分包含有效的led陣列身份信息，這兩個頻率即對應(yīng)led子陣列的身份信息?；谏鲜龅玫降膬蓚€頻率對接收序列進行濾波及包絡(luò)檢波處理，得到led陣列的身份信息序列，再對led陣列的身份信息序列進行曼徹斯特解碼，得到led陣列的身份信息，完成led陣列及子陣列的身份信息的解調(diào)解碼。

圖20為接收端對幀結(jié)構(gòu)1身份信息解調(diào)解碼的流程圖。

對于發(fā)明的幀結(jié)構(gòu)2，在收端接收到方波信號后，先通過信號處理方法將接收到的信號二值化為二進制序列，尋找二進制序列中的同步頭獲取單個完整周期的待解調(diào)序列。去除同步頭后將上述序列分割為包含led陣列身份信息和led子陣列身份信息的前后兩段序列。其中，對于前者采用ook解調(diào)得到led陣列的身份信息序列，再對其進行曼徹斯特碼解調(diào)得到led陣列的身份信息；對于后者，對序列進行fft處理后得到序列中包含的頻率信息即led子陣列的身份信息，從而完成led陣列及子陣列身份信息的解調(diào)解碼。

圖21為接收端對幀結(jié)構(gòu)2身份信息解調(diào)解碼的流程圖。

移動終端，用于接收服務(wù)器發(fā)送的位置信息，并將其在終端的地圖上顯示，實現(xiàn)定位。

服務(wù)器，用于接收單片機發(fā)送的光源身份信息，查找數(shù)據(jù)庫中與光源身份信息對應(yīng)的位置信息，作為當(dāng)前位置，并將當(dāng)前位置以坐標(biāo)形式發(fā)送給移動設(shè)備，在移動設(shè)備的地圖上顯示。

服務(wù)器中存儲的位置信息是在設(shè)計led陣列形狀及子陣列位置分布過程中確定的。具體來說，led陣列設(shè)計過程中，根據(jù)實際需求確定led子陣列發(fā)光區(qū)域的面積、形狀和位置并由此得到各子發(fā)光區(qū)域在地圖中的坐標(biāo)范圍，將其與led陣列身份信息和子陣列身份信息匹配后存入服務(wù)器中。同時，對于已確定坐標(biāo)范圍的子投影區(qū)域，由實施例中所述方法，解方程可得led子陣列中l(wèi)ed基本單元的發(fā)散角和傾角。建立地圖過程中，服務(wù)器中存儲根據(jù)上述光源身份信息和發(fā)光區(qū)域坐標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系建立起來的如圖22所示的樹狀圖結(jié)構(gòu)。其中l(wèi)ed陣列id1、led陣列id2分別為兩個led陣列的身份信息，led子陣列id1，led子陣列id2，led子陣列id3……led子陣列idn分別為每個led陣列中l(wèi)ed子陣列的身份信息，當(dāng)前位置1，當(dāng)前位置2，當(dāng)前位置3……當(dāng)前位置n分別為每個led陣列中l(wèi)ed子陣列所對應(yīng)的發(fā)光區(qū)域位置坐標(biāo)。本發(fā)明實施例中取每個子發(fā)光區(qū)域的中心位置作為當(dāng)前位置坐標(biāo)。

圖23為當(dāng)前位置與led子陣列的對應(yīng)示意圖。

圖24為已知一光源身份信息時，在服務(wù)器中查找當(dāng)前位置的示意圖。服務(wù)器接收到光源身份信息后，先通過led陣列身份信息查找到該子陣列所在的led陣列，再根據(jù)led子陣列身份信息從該led陣列中查找對應(yīng)子陣列的位置坐標(biāo)。

通常來說，由于led子陣列的面積可以設(shè)計成很小，則位置坐標(biāo)的范圍也相應(yīng)地很小，可達到厘米量級的精度。

以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其進行限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以權(quán)利要求所述為準(zhǔn)。