[发明专利]一种基于LED照明的室内定位导航方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种室内定位导航方法和装置，属于定位导航技术领域。

背景技术

定位导航服务因其时效性和准确性在商业活动、搜救抢险以及科学研究等行业领域应用极为广泛。近些年来，室内定位系统作为实现室内位置服务的一种方式，正以其不可替代的便利性和移动性迅速扩展适用领域，比如大型商场和博物馆的自动化导游、大型停车场的车位自动导航、医院的病患追踪、矿井的自动定位导航、建筑物中的应急导向等等。一般来说，室内定位服务通常由两大部分组成。首先，通过一些定位方式，获取用户的位置信息；其次，通过用户的位置信息，向用户推送相关的位置服务。目前的位置服务多限于室外，对于现阶段而言暂时还没有定位精度高、定位频率快、建设成本低、易用性强并有较低的用户成本的室内定位服务方案。

现有的定位系统主要基于全球定位系统(GPS)和无线电波技术。GPS能很好地应用于室外定位，然而因为其定位依赖于无线电波传播，室内覆盖小，导致在室内环境中会出现较大的定位误差，因此不适用于室内定位。过去10年，基于无线电波技术提出许多室内定位方案。主要有：WLAN、RFID、UWB、WIFI、超声系统、蓝牙等，这些方法提供了从几米到几十厘米的定位精度。然而，大多数基于无线通信的系统会受到电磁干扰影响，在多个用户共享的情况下通信质量下降，这些都直接影响了定位质量。此外，基于RF的系统不能在医院、飞机或一些电磁敏感的环境中使用。

中国发明专利“一种基于可见光标签的室内定位方法”(授权公告号：CN103823204B)公开了一种基于可见光标签的室内定位方法，该方法基于可见光通信，发射端通过控制LED阵列发射具有定位码型的可见光信号，使位于室内的用户从接收到的光信号解析出其所在的位置。每个LED具有唯一的ID号，设计LED循环发送的定位数据帧结构，加载到LED驱动放大电路上，驱动LED灯阵列发出数据光信号；探测器在识别帧头的同时将用户定位于光功率最大的子小区。该方法具有如下缺点：

1.“LED灯阵列由LED灯以等边三角形的分布方式向四面拓展而成”，该设计中每个阵列三盏灯组成，其精度取决于LED灯间距离，所以提高精度意味着减小距离，灯的数目变多、变密，容易造成眩光效应，并且设备成本增加，安装要求加大，实施困难；

2.因为是定位到子小区对应的某盏灯，一旦某盏灯出现故障那定位系统精度将急剧下降；

3.“对每个LED编号，记作(i＝1,2,3)，其中下标(x,y)表示LED在室内的横纵坐标，横纵坐标能通过编码转换成LED的ID号(LED-ID)”，“室内用户携带探测器，探测器所在平面作为参考面”。因为探测器的高度z是不断变化的，参考平面也在随时变化，所以定位的目标体(x,y)只是在二维平面上有效，而实际情况中我们需要三维空间的精确坐标(x,y,z)，故有待进一步改善；

4.定位时比较子小区内的三盏LED灯的功率大小仅能得到一个相对的定位结果，无法求平均而得到相对精确的定位结果，精度的提升比较困难。

5.由于该技术采用比较功率大小来进行位置判定的方式，为了保证定位精度在一米左右，对光探测器的灵敏度要求很高，故该技术需要选用雪崩光二极管APD进行检测，使得定位接收端的成本较高。

中国发明专利“基于室内照明的定位导航系统”(授权公告号：CN102967307B)公开了一种可见光定位导航系统和方法，该系统包括控制计算机、发射部件、接收部件和多个便携设备，发射部件由信息加载电路、LED驱动电路和LED光源组成，接收部件由凸透镜以及光电接收器、滤波放大整形电路以及解调解码器连接而成；导航方法为：控制计算机向发射部件发送附加服务信息和控制命令，接收部件把附加服务信息连同LED的ID地址信息解码后发送给便携设备用于显示，其中光电接收器采用凸透镜加上光电检测PD阵列的光路接收方案，便于精确确定用户的地理位置。该申请提供的内容具有如下缺点：

1.该申请提供了三种定位方式：“第一种，单灯粗略定位”、“第二种，双灯粗略定位”和“第三种，多灯精确定位”，比较周到的考虑了不同区域内的定位需求，从而采用不同的照明方式，然而缺陷在于这种定位方式不够准确，定位服务的体验不好；另外，若某段距离的灯出现故障，此段距离将无法实现定位；

2.光源的影像如果只照在一个图像传感器上，会导致信道矩阵不是满秩的，从而所有通道无法实现独立的数据传输；