CN106842126B - 一种基于可见光通信的定位导航*** - Google Patents

一种基于可见光通信的定位导航*** Download PDF

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Abstract

本发明属于光通讯领域，特别涉及一种基于可见光通信的定位导航***，可见光收发阵列包括布置在空间内的多个LED灯和多个第一可见光接收装置，第一可见光接收装置与导航服务器通讯连接，各个LED灯发出的可见光均载有编码信息，导航服务器通过LED灯发出载有服务信息的可见光；定位导航模块包括导航装置、第二可见光接收装置和可见光发出装置，第二可见光接收装置接收LED灯发出的载有信息的可见光，第二可见光接收装置还检测接收到的可见光的光强度，定位导航模块通过可见光发出装置发出载有信息的可见光，第一可见光接收装置接收到可见光后把得到的信息发送到导航服务器。该***利用可见光来实现定位、导航和通讯，精准度高，且使用时健康。

Description

一种基于可见光通信的定位导航***
技术领域
本发明属于光通讯领域，特别涉及一种基于可见光通信的定位导航***。
背景技术
全球定位***(GPS，Global Positioning System)是一个应用非常广泛的定位导航技术，通过GPS接收器测量多个卫星信号到达时间差估算位置，提供全球定位覆盖及导航服务。但是，GPS在某些的地方特别是在室内常常由于接收不到卫星信号或者信号质量差导致无法准确定位。
目前的室内定位***主要基于红外技术、超声波技术、无线局域网技术、蓝牙技术等。这些技术的使用往往是通过移动目标与固定单元之间的通信来确定它们之间的相对位置，进而推算出目标的真实位置。红外技术和超声波技术在室内结构简单、室内面积有限的场合十分奏效，但是现实中室内的结构往往十分复杂，且极易受到人为干扰，故该两种方法并不实用。而在例如在矿井、加油站、飞机机舱等无线通信被禁止或限制使用的区域，就无法采用无线局域网技术或蓝牙技术进行定位。
可见光通信技术，是利用荧光灯或发光二极管等发出的高速明暗闪烁信号来传输信息，可见光通讯具有不占用信道资源和点对点传输安全的特点，而且可见光对人体无害，使其具有较好的应用前景。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于可见光通信的定位导航***，其利用可见光来实现定位、导航和通讯，导航和定位精准度高，且其使用范围不受结构复杂或无线电被限制的环境所限制。
为了达到上述目的，本发明是这样实现的：
一种基于可见光通信的定位导航***，包括可见光收发阵列、导航服务器和定位导航模块；所述可见光收发阵列包括布置在空间内的多个LED灯和多个第一可见光接收装置，每个所述LED灯均设置有信息加载电路，所述信息加载电路用于控制LED灯发出载有信息的可见光，所述多个第一可见光接收装置均与所述导航服务器通讯连接；各个LED灯发出的可见光均载有编码信息，所述编码信息包括该LED灯的空间位置信息；所述导航服务器能够通过一个或一个以上LED灯发出载有服务信息的可见光；所述定位导航模块包括导航装置、第二可见光接收装置和可见光发出装置，所述第二可见光接收装置用于接收LED灯发出的载有信息的可见光以及检测接收到的可见光的光强度，在至少得到3个LED灯的编码信息及对应的光强度后，通过RSSI三角形定位方法得到所述定位导航模块的当前位置信息；所述可见光发出装置设置有信息加载电路，所述定位导航模块通过所述可见光发出装置发出载有信息的可见光，所述第一可见光接收装置接收到可见光发出装置发出的可见光后把得到的信息发送到所述导航服务器。
进一步的，所述LED灯设置有检测该LED灯当前状态的检测装置，所述检测装置与所述导航服务器通讯连接。
进一步的，所述检测装置用于检测所述LED灯的发光强度，并把该LED灯的发光强度信息发送到所述导航服务器，所述导航服务器把该LED灯的发光强度信息加入到LED灯的编码信息中。
进一步的，所述LED灯设置有发光强度控制装置，所述发光强度控制装置受控于所述导航服务器，所述导航服务器借助于所述发光强度控制装置控制各个LED灯的发光强度一致。
进一步的，所述检测装置用于检测所述LED灯的包括空间位置信息的编码信息是否正确或检测所述LED灯是否损坏。
进一步的，所述LED灯与所述导航服务器之间通过网线、USB数据线或得到电力线组网支持的电力线中的任何一种方式通讯连接。
进一步的，所述第一可见光接收装置与所述导航服务器之间通过网线、USB数据线或得到电力线组网支持的电力线中的任何一种方式通讯连接。
进一步的，所述服务信息包括导航服务信息、地图信息和网络通讯信息。
进一步的，所述定位导航模块通过所述可见光发出装置发出的可见光载有的信息包括该定位导航模块的当前位置信息、服务请求信息和网络通讯信息。
进一步的，在所述可见光收发阵列中，每相邻的N个LED灯中只有1个LED灯与所述导航服务器通讯连接，每间隔M个LED灯设置1个所述第一可见光接收装置；N为整数，N≥2，M为整数，M≥2。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的一种基于可见光通信的定位导航***，其将可见光定位和可见光通讯融合在一起，定位导航模块的定位功能、导航功能和数据传输功能都由可见光来实现，其可无需加入其它的无线通讯方式，减少了对现有的GPS通讯、WIFI通讯、2G、3G、4G等无线通讯方式的依赖，使得该定位导航***可在无线通讯被限制的地方正常使用；此外，使用对人物无害的可见光替代上述的无线通讯信号，可减少空间内的辐射，减少对人体的伤害，对健康有利。
附图说明
图1是本发明的基于可见光通信的定位导航***的示意简图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
本发明所指的可见光通讯是指现有技术中常用的可见光通讯，即通过控制灯光的明暗闪烁来传输信号的通讯方式。其中，本发明中的LED灯21和可见光发出装置33均是内置有信息加载电路，把需要发送的信息转换成二进制数据后，二进制数据传递到信息加载电路，信息加载电路控制LED灯21和可见光发出装置33明暗闪烁，从而实现发送信号；而本发明中的第一可见光接收装置22和第二可见光接收装置32均是用于接收可见光，其能够通过感应灯光的明暗闪烁来把载有信息的可见光还原成二进制数据，其中，第二可见光接收装置32还设置有光强度检测芯片，用于检测接收到的可见光的光强度。
本发明的一种基于可见光通信的定位导航***，如图1所示，其包括可见光收发阵列、导航服务器1和定位导航模块3。可见光收发阵列包括布置在空间内的多个LED灯21和多个第一可见光接收装置22，在图1中，仅示出了4个LED灯21和2个第一可见光接收装置22，图1仅是示意简图，在实际中，LED灯21和第一可见光接收装置22应在空间内设置多个，且它们在空间内不全部设置在同一条直线上，而是设置在同一平面上朝四周分布或者呈空间立体布置。导航服务器也可为因特网服务器。
每个LED灯21均设置有信息加载电路，信息加载电路用于控制LED灯21发出载有信息的可见光。首先，各个LED灯21发出的可见光均载有编码信息，编码信息包括该LED灯21的空间位置信息；其次，导航服务器1通过LED灯21发出载有服务信息的可见光，但不一定每个LED灯21都具有发出载有服务信息的可见光的功能，后续将详述。
第一可见光接收装置22与导航服务器1通讯连接，第一可见光接收装置22接收到载有信息的可见光，并把得到的数据发送到导航服务器1。
定位导航模块3包括导航装置31、第二可见光接收装置32和可见光发出装置33，导航装置31可以为安装有导航程序的手机、平板电脑或导航仪等，第二可见光接收装置32与导航装置31通讯连接，可见光发出装置33也与导航装置31通讯连接。
第二可见光接收装置32用于接收LED灯21发出的载有信息的可见光，由于LED灯21发出的可见光均载有编码信息，且编码信息包括该LED灯21的空间位置信息，这样即可得出定位导航模块3的初略位置。第二可见光接收装置32还用于检测接收到的可见光的光强度，光线在传播的过程中其光强度会降低，因此，第二可见光接收装置32所检测到的某一LED灯的光强度是会低于该LED灯的发光强度，即距离LED灯越远，检测到的光强度越低，因此，通过检测光强度可计算出定位导航模块3与发出该可见光的LED灯之间的距离。在至少得到3个LED灯21的编码信息及对应接收到的光强度后，通过RSSI三角形定位方法得到定位导航模块3的精确位置，即当前定位信息。定位导航模块3的当前定位信息可供定位导航模块3在本地使用，当定位导航模块3内置有地图信息时在本地即可完成导航计算；当然，也把可定位导航模块3的当前定位信息实时把上传到导航服务器1，导航服务器1在云端进行计算，得到导航结果后再实时回传到定位导航模块3，节省定位导航模块3的内存空间。上述，即实现了定位和导航。
可见光发出装置33也设置有信息加载电路，定位导航模块3通过可见光发出装置33发出载有信息的可见光，第一可见光接收装置22用于接收可见光发出装置33发出的载有信息的可见光，之后把得到的信息发送到导航服务器1，这样实现了从定位导航模块3到导航服务器1的单向数据传输；同时，导航服务器1通过LED灯21发出载有服务信息的可见光，第二可见光接收装置32用于接收LED灯21发出的载有信息的可见光，这样实现了从导航服务器1到定位导航模块3的单向数据传输。上述结合，即实现了定位导航模块3与导航服务器1之间的双向数据传输。
由此，通过上述方案，本发明的一种基于可见光通信的定位导航***已实现了定位、导航和数据传输的功能。在现有的可见光定位导航技术中，即使其定位功能是通过可见光通讯实现，但是其数据传输均是通过GPS、WIFI、2G、3G或4G等无线网络实现的，在部分无线信号被限制的地方将造成无法进行数据传输，使得其在线导航功能被削弱，一般只能使用离线地图进行导航。而本发明的定位、导航和数据传输的功能均可通过可见通讯完成，很好地解决了上述问题。
在本实施例中，LED灯21上设置有检测该LED灯21当前状态的检测装置，检测装置与导航服务器1通讯连接，检测装置实时检测LED灯21的状态并把检测结果实时发送到导航服务器1。优选地，检测装置用于检测LED灯21的发光强度，并把该LED灯21的发光强度信息发送到导航服务器1，导航服务器1把该LED灯21的发光强度信息加入到该LED灯21的编码信息中，如当前的LED灯21的发光强度只有正常值的80％，而发光强度的降低会使得第二可见光接收装置32检测到的该LED灯21发出的光强也降低，这会影响到距离运算结果，因此，需要把该LED灯21的发光强度进行实时的记录，需要时也可发送到定位导航模块3上，在计算距离时调用。优选地，LED灯21设置有发光强度控制装置，该发光强度控制装置可为控制电流强度的芯片，通过控制电流强度来控制LED灯21的发光强度；发光强度控制装置受控于导航服务器1，导航服务器1控制各个LED灯21的发光强度一致，方便后续的运算。优选地，检测装置还用于检测LED灯21的有关空间位置信息的编码信息是否正确，在不正确时及时纠正，或者检测LED灯21是否损坏，如检测LED灯21的发光强度并设置阈值，当检测到的发光强度低于该阈值时，得出LED灯21损坏，在检测到LED灯21损坏时及时报警。
在本实施例中，LED灯21与导航服务器1之间通过网线、USB数据线或得到电力线组网支持的电力线中的任何一种方式通讯连接，同时，第一可见光接收装置22与导航服务器1之间通过网线、USB数据线或得到电力线组网支持的电力线中的任何一种方式通讯连接。这样，在空间内不产生无线电辐射，有利于健康。
在本实施例中，从导航服务器1发送到定位导航模块3的服务信息包括但不限于导航服务信息、地图信息和网络通讯信息；服务信息可包括导航服务、在附近有何种服务可提供等，地图信息可包括附近的地形和服务提供点等，网络通讯信息让用户与客服人员进行沟通、上网浏览资讯等。同时，定位导航模块3通过可见光发出装置33发出的信息包括但不限于该定位导航模块3的当前位置信息、服务请求信息和网络通讯信息。
在本实施例中，在可见光收发阵列中，每相邻的N个LED灯21中只有1个LED灯21与导航服务器1通讯连接，每间隔M个LED灯21设置1个第一可见光接收装置22；如图1所示为每相邻的2个LED灯21中只有1个LED灯21与导航服务器1通讯连接，每间隔2个LED灯21设置1个第一可见光接收装置22。在实际应用中，因为出于定位的需要，多个LED灯21的灯光需要有重复照射的地方，但是用于数据传输时并不一定需要有重复照射的地方，只要灯光能照射到即可实现数据传输，因此，不必每个LED灯21均与导航服务器1通讯连接，第一可见光接收装置22也不必设置得过于密集，这样有利于降低成本，具体设置的LED灯21和第一可见光接收装置22的密度可根据实际情况而定，只要使得在数据传输时信号不断开即可。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于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：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，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范围。

Claims (7)

1.一种基于可见光通信的定位导航***，其特征在于，包括可见光收发阵列、导航服务器和定位导航模块；
所述可见光收发阵列包括布置在空间内的多个LED灯和多个第一可见光接收装置，每个所述LED灯均设置有信息加载电路，所述信息加载电路用于控制LED灯发出载有信息的可见光，所述多个第一可见光接收装置均与所述导航服务器通讯连接；各个LED灯发出的可见光均载有编码信息，所述编码信息包括该LED灯的空间位置信息；所述导航服务器能够通过一个以上LED灯发出载有服务信息的可见光；
所述可见光收发阵列中，每相邻的N个LED灯中只有1个LED灯与导航服务器通讯连接，每间隔M个LED灯设置1个所述第一可见光接收装置；N为整数，N≥2，M为整数，M≥2；
所述定位导航模块包括导航装置、第二可见光接收装置和可见光发出装置，所述第二可见光接收装置用于接收LED灯发出的载有信息的可见光以及检测接收到的可见光的光强度，在至少得到3个LED灯的编码信息及对应的光强度后，通过RSSI三角形定位方法得到所述定位导航模块的当前位置信息；所述可见光发出装置设置有信息加载电路，所述定位导航模块通过所述可见光发出装置发出载有信息的可见光，所述第一可见光接收装置接收到可见光发出装置发出的可见光后把得到的信息发送到所述导航服务器；
所述LED灯设置有发光强度控制装置，所述发光强度控制装置受控于所述导航服务器，所述导航服务器对LED灯的发光强度进行记录；
LED灯的检测装置对LED灯的有关空间位置信息的编码信息进行检测，编码信息不正确或LED灯损坏时能做出报警，所述导航服务器借助于所述发光强度控制装置控制各个LED灯的发光强度，使其保持一致；
所述LED灯与所述导航服务器之间通过网线、USB数据线或得到电力线组网支持的电力线中的任何一种方式通讯连接，使得该定位导航***可在无线通讯被限制的地方正常使用。
2.根据权利要求1所述的基于可见光通信的定位导航***，其特征在于，所述LED灯设置有检测该LED灯当前状态的检测装置，所述检测装置与所述导航服务器通讯连接。
3.根据权利要求2所述的基于可见光通信的定位导航***，其特征在于，所述检测装置用于检测所述LED灯的发光强度，并把该LED灯的发光强度信息发送到所述导航服务器，所述导航服务器把该LED灯的发光强度信息加入到LED灯的编码信息中。
4.根据权利要求2所述的基于可见光通信的定位导航***，其特征在于，所述检测装置用于检测所述LED灯的包括空间位置信息的编码信息是否正确或检测所述LED灯是否损坏。
5.根据权利要求1所述的基于可见光通信的定位导航***，其特征在于，所述第一可见光接收装置与所述导航服务器之间通过网线、USB数据线或得到电力线组网支持的电力线中的任何一种方式通讯连接。
6.根据权利要求1所述的基于可见光通信的定位导航***，其特征在于，所述服务信息包括导航服务信息、地图信息和网络通讯信息。
7.根据权利要求1所述的基于可见光通信的定位导航***，其特征在于，所述定位导航模块通过所述可见光发出装置发出的可见光载有的信息包括该定位导航模块的当前位置信息、服务请求信息和网络通讯信息。
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