一种用于光定位的信号发射方法及发射机技术

本发明专利技术涉及一种用于光定位的信号发射方法及发射机，所述方法包括如下步骤：产生通用的定位发射信号，所述定位发射信号包括低传输速率的第一类信号和高传输速率的第二类信号，其中，所述第二类信号形成低速率包络，所述低速率包络被设计作为所述第一类信号，使得所述定位发射信号中的第一类信号和第二类信号能够分别由第一类接收机和第二类接收机同时检测；以及基于所产生的定位发射信号控制发射光源发光。本发明专利技术实现了第一类和第二类接收机要求的定位发射信号格式的融合，简化了用于光定位的发射信号设计，使得用于光定位的发射信号具有普适性，同时适用采用不同类型感光元件的光定位接收机，降低了光定位发射机成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光定位技术，更具体地涉及一种用于光定位的信号发射方法及发射机。
技术介绍
随着物联网技术的不断发展，高精度定位服务的需求快速增长。在大型建筑内如机场、车站、购物中心等室内场馆中，GPS信号受到严重屏蔽，现有的Wi-Fi、蓝牙、超宽带等室内定位技术大多采用无线射频技术，在室内复杂的环境中，受多径效应干扰，定位误差较大。由于光线具有直线传播以及受多径效应干扰较小的特性，往往具有较高定位精度。近年来，随着用于照明的LED灯的成本不断降低，正逐步成为主要的照明光源，由于LED灯具有一定的调制带宽，因此可将定位信号调制到照明LED灯上，利用LED灯作为可见光定位系统的发射光源，实现了定位信号的光发射。在接收端，通过感光元件进行光电转换，获取定位信号，经过解算之后可解得接收机的位置，从而实现可见光定位功能。这种光定位技术无需新的电磁频谱许可，也不会引入对其他设备的电磁干扰，室内多径反射信号较弱，相比于基于无线射频的定位技术，可以达到更高的定位精度。目前商用的可见光定位接收机主要采用两种感光元件：图像传感器(例如，CMOS、CCD等)和光电探测器(PD)(例如，PIN、APD等)。图像传感器利用其卷帘快门效应，当发射光源(例如，LED灯)发生明暗变化时，所成图像会呈现明暗变化的条纹，如果将明暗条纹对应于0、1比特，则可实现数据信息传输，若此数据信息包含定位信号内容(例如，发射光源的ID信息)，即可实现光定位功能。由于受图像传感器的卷帘快门速度的限制，基于图像传感器的接收机可探测到的信号频带较窄，只有数千赫兹至数十千赫兹(即，kHz量级)，因此，基于图像传感器的接收机要求其定位信号传输速率不能太高，应控制在kHz量级。而光电探测器的响应带宽通常在数百千赫兹至数兆赫兹以上，因此，基于光电探测器的定位接收机对定位信号的传输速率没有太多限制，其工作速率仅受限于发射光源(例如，LED灯)和光电探测器的响应带宽以及整机的功耗等因素。基于光电探测器的接收机的工作带宽可以很高，大于基于图像传感器的接收机带宽，其既可以接收高速率的定位信号，又可以同时接收基于图像传感器的接收机要求的低速定位信号。从以上的分析可以看出，光定位接收机由于采用不同类型的感光元件，工作机理不同，这些定位接收机要求的定位信号格式和特性不同。目前的技术现状是，不同类型的光定位接收机对应不同类型的光定位发射机，没有进行技术融合，无法通用，大大限制了光定位技术的发展，不利于光定位系统的推广和大规模普及应用。若建立一种通用的具有普适性的光定位信号发射方法，使得同一个发射机发出的定位信号能够同时被不同类型感光元件(图像传感器和光电探测器等)的定位接收机同时探测解调，并进行定位信号解析，则可以极大地推进光定位系统的普及应用，并且用户也具有极大地自由度根据需要选择不同类型的定位接收机。但是，目前尚无相关专利或技术方法能够同时兼容不同类型感光元件的定位接收机要求的定位信号格式。因此，如何建立一种通用的具有普适性的光定位信号发射方法是一个亟待解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术的一个目的在于提供一种用于光定位的信号发射方法及发射机，以能够同时传递不同接收机所适用的定位信号，从而克服现有技术中定位发射信号只能供一种类型的接收机探测解调的缺陷，提高了发射机的通用性和普适性。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种用于光定位的信号发射方法，该方法包括以下步骤：产生通用的定位发射信号，所述定位发射信号包括低传输速率的第一类信号和高传输速率的第二类信号，其中，所述第二类信号形成低速率包络，所述低速率包络被设计作为所述第一类信号，使得所述定位发射信号中的第一类信号和第二类信号能够分别由第一类接收机和第二类接收机同时检测；以及基于所产生的定位发射信号控制发射光源发光。进一步地，所述第一类信号采用开关键控(OOK)调制格式或脉宽调制格式(PWM)；所述第二类信号采用开关键控(OOK)调制格式、模拟信号调制格式或副载波调制格式。进一步地，所述副载波调制格式包括以下调制格式中的一种：相移键控(PSK)、差分相移键控(DPSK)、频移键控(FSK)和幅移键控(ASK)。进一步地，在所述第二类信号采用副载波调制格式的情况下，所述方法在产生所述定位发射信号时通过分配副载波的频率来实现多发射光源频点复用，以提高用户容量和抗干扰能力。进一步地，所述第二类信号工作在间歇信号发送模式，当第一类信号电平为高时进行第二类信号的发射，当第一类信号电平为低时不发射信号。进一步地，所述第一类信号占用所述定位发射信号频谱的较低频段，所述第二类信号占用所述定位发射信号频谱的较高频段。进一步地，所述第一类信号以信号频率、有循环特性的编码信号或信号占空比来标识发射光源的ID。进一步地，所述第二类信号携带以下信息中的至少一种：光源ID、数据信息、光源发光模型、纠错编码。进一步地，所述第二类信号的帧结构包括如下字段中的至少一个字段：同步序列帧头字段、光源ID字段、数据信息字段、光源发光模型字段、纠错编码字段、帧尾字段。本专利技术还提供一种用于执行如上方法的发射机，该发射机包括：该发射机包括：定位信号发生装置、驱动电路和发射光源；其中，所述定位信号发生装置产生通用的定位发射信号，所述定位发射信号包括低传输速率的第一类信号和高传输速率的第二类信号，其中，所述第二类信号形成低速率包络，所述低速率包络被设计作为所述第一类信号，使得所述定位发射信号中的第一类信号和第二类信号能够分别由第一类接收机和第二类接收机同时检测；所述驱动电路基于所述定位信号发生装置产生的定位发射信号驱动发射光源发光。本专利技术的方法和发射机提供了一种融合的定位发射信号，实现了第一类和第二类接收机要求的定位发射信号格式的融合。这种融合后的定位发射信号可以同时传递第一类接收机和第二类接收机所需要的两种发射信号格式，兼容采用不同类型感光元件(PD和图像传感器)定位接收机所需的定位发射信号格式，使不同类型的接收机均可对同样的发射机发出的定位信号进行解调解码，直至解析出定位信息。本专利技术提出了用于光定位的通用信号发射方法，简化了用于光定位的发射信号设计，使得用于光定位的发射信号具有普适性，同时适用采用不同类型感光元件的光定位接收机，降低了光定位发射机成本。本专利技术的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本专利技术的实践而获知。本专利技术的目的和其它优点可以通过在书面说明及其权利要求书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。本领域技术人员将会理解的是，能够用本专利技术实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本专利技术能够实现的上述和其他目的。附图说明参照以下附图，将更好地理解本专利技术的许多方面。附图中：图1为本专利技术一实施例中用于光定位的信号发射方法的流程图。图2为本专利技术一实施例中通用定位发射信号的示意图。图3为本专利技术另一实施例中通用定位发射信号的示意图。图4为本专利技术一实施例中通用定位发射信号格式的示例。图5为本专利技术另一实施例中通用定位发射信号格式的示例。图6为本专利技术另一实施例中通用定位发射信号格式的示例。图7为本专利技术另一实施例中通用定位发射信号格本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于光定位的信号发射方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：产生通用的定位发射信号，所述定位发射信号包括低传输速率的第一类信号和高传输速率的第二类信号，其中，所述第二类信号形成低速率包络，所述低速率包络被设计作为所述第一类信号，使得所述定位发射信号中的第一类信号和第二类信号能够分别由第一类接收机和第二类接收机同时检测；以及基于所产生的定位发射信号控制发射光源发光。

【技术特征摘要】
1.一种用于光定位的信号发射方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：产生通用的定位发射信号，所述定位发射信号包括低传输速率的第一类信号和高传输速率的第二类信号，其中，所述第二类信号形成低速率包络，所述低速率包络被设计作为所述第一类信号，使得所述定位发射信号中的第一类信号和第二类信号能够分别由第一类接收机和第二类接收机同时检测；以及基于所产生的定位发射信号控制发射光源发光。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一类信号采用开关键控OOK调制格式或脉宽调制格式PWM；所述第二类信号采用以下调制格式中的一种：开关键控OOK调制格式、模拟信号调制格式、副载波调制格式。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述副载波调制格式包括以下调制格式中的一种：相移键控PSK、差分相移键控DPSK、频移键控FSK和幅移键控ASK。4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，在所述第二类信号采用副载波调制格式的情况下，所述方法在产生所述定位发射信号时通过分配副载波的频率来实现多发射光源频点复用，以提高用户容量和抗干扰能力。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二类信号工作在间歇信号发送模式，当第一类信号电平为高时进行第二类信号的发射，当第一类信号电平为低...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘璐，郑重，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11